金属材料（钢）的热处理 - 四把火
前言
随着社会的发展、科技的进步，人们对健康、环保、安全等方面的要求越来越高，热处理作为确保零部件质量、提高产品安全可靠性的一种手段，也越来越受到重视。
热处理的作用就是提高材料的机械性能、消除残余应力和改善金属的切削加工性。
一般零件的生产工艺路线：毛坯生产→预备热处理→机械加工→最终热处理→精加工。
从上述生产工艺路线可以看出，热处理工艺可分为两大类：预备热处理和最终热处理。预备热处理的目的是改善加工性能、消除内应力和为最终热处理准备良好的金相组织，其热处理工艺有退火和正火。最终热处理的目的是提高硬度、耐磨性和强度等力学性能，其热处理工艺有淬火和回火。
本篇将为朋友们介绍热处理的四把火：退火、正火、淬火和回火。
钢的退火（Anneal）
定义
将钢加热到一定温度，保温一定时间后，在炉中缓慢冷却至室温的热处理工艺称为退火。
目的
1）消除应力；
2）降低硬度、提高塑性，改善加工性能；
3）细化晶粒、均匀成分，为最终热处理作好组织准备。
分类
1）完全退火。
2）球化退火。
3）去应力退火：将钢加热到500～600ºC，保温一定时间后随炉缓冷至200～300ºC出炉空冷。
去应力退火
目的：消除铸件、锻件和焊接件的内应力（没有发生组织变化）。
适用范围：所有的钢。
注意事项：
- 由于退火处理加热和冷却是近似于平衡的过程，因此需要控制加热和冷却的速度。否则，达不到理想的效果。
- 退火过程要求炉温比较均匀。
- 退火时间不足或温度太低都不能达到理想效果。
4）再结晶退火是经冷形变后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力的热处理工艺。
5）扩散退火：为了减少钢锭、铸件或锻件的化学成分和组织的不均匀性，将其加热到高温，长时间保持，然后进行缓慢冷却，以达到化学成分和组织均匀化为目的的退火工艺。
钢的正火（Normalizing）
定义
正火是将钢件加热至Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上30～50℃，保温后出炉在空气中冷却的一种操作。
目的
1）对低碳钢，可细化晶粒、提高硬度，改善加工性能；
2）对中碳钢，可提高硬度和强度，也可作为最终的热处理；
3）对高碳钢，可为球化退火作准备。
实际生产中，经常在正火后再进行一次回火处理，而作为最终的热处理。例如：泵用普通铸钢件、泵体泵盖（CA6NM）等。
钢的淬火（Quenching）
定义
将亚共析钢加热到Ac3以上，共析钢与过共析钢加热到Ac1以上（低于Accm）的温度，保温后以大于Vk的速度快速冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺叫淬火。
目的
提高钢的硬度、强度和耐磨性，并保持足够的韧性。
工艺参数（加热温度）
淬火后的最终组织
淬火的冷却介质和冷却方法
淬火操作难度比较大，主要因为淬火时要求得到马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度（Vk），而快冷总是不可避免地要造成很大的内应力，往往会引起钢件的变形与开裂。
怎样才能既得到马氏体又最大限度地减小变形与避免开裂呢？主要可以从两方面着手，其一是寻找一种比较理想的淬火介质，其二是改进淬火冷却方法。
常用的淬火冷却介质：水、矿物油、盐水溶液等。
影响淬火效果的因素
1）加热温度；
2）保温时间；
3）淬火介质；
4）其它因素。
钢的淬硬性与淬透性
淬硬性：指钢在淬火后所能达到的最高硬度。影响钢的淬硬性的因素主要取决于马氏体的含碳量。
淬透性：是指钢在淬火时所能得到的淬硬层（马氏体组织占50%处）的深度。
影响淬透性的因素
1）碳含量：在碳钢中，共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；亚共析钢随碳含量减少，临界冷速增加，淬透性降低；过共析钢随碳含量增加，临界冷速增加，淬透性降低。
2）合金元素：除钴以外，其余合金元素溶于奥氏体后,降低临界冷却速度，使C曲线右移，提高钢的淬透性，因此合金钢往往比碳钢的淬透性要好。
3）奥氏体化温度：提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒长大、成分均匀，可减少珠光体的生核率，降低钢的临界冷却速度，增加其淬透性。
4）钢中未熔的第二相：钢中未熔入奥氏体中的碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物，使临界冷却速度增大，降低淬透性。
淬硬性与淬透性的关系
钢的回火（Tempering）
定义
钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，将其加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火。
目的
消除内应力、获得所需的力学性能、稳定组织和尺寸。
回火的分类
钢的硬度随回火温度的变化
调质
淬火 + 高温回火 = 调质处理