淺析《金屬材料與熱處理》中的四把"火"

摘 要：《金屬材料與熱處理》是機械類專業一門重要的專業基礎課，本文通過對金屬材料熱處理中“退火”、“正火”、“淬火”、“回火”四個常用的熱處理工藝，從概念上和工藝處理上，由淺入深，逐一分析、讓學生能更好掌握相關的知識點，并能正確合理地應用到今后的生產實踐中。

關鍵詞：退火;正火;淬火;回火;金屬材料;熱處理;工藝

金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。金屬熱處理工藝可分為整體熱處理、表面熱處理、局部熱處理和化學熱處理等。整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當的速度冷卻，以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。《金屬材料與熱處理》課程中“熱處理”部分涉及退火、正火、淬火和回火，稱為熱處理的四把“火”。在教學過程中如何區別這四把“火”？又如何使用“火”？現淺析如下。

一、概念上的區別

1、退火：將鋼加熱到一定溫度并保溫一段時間，然后使它慢慢冷卻，稱為退火。鋼的退火是將鋼加熱到發生相變或部分相變的溫度，經過保溫后緩慢冷卻的熱處理方法。退火的目的，是為了消除組織缺陷，改善組織使成分均勻化以及細化晶粒，提高鋼的力學性能，減少殘余應力;同時可降低硬度，提高塑性和韌性，均勻材料組織和成分，改善材料性能或為以后熱處理做組織準備。所以退火既為了消除和改善前道工序遺留的組織缺陷和內應力，又為后續工序作好準備，故退火是屬于半成品熱處理，又稱預先熱處理。

2、正火：正火是將鋼加熱到臨界溫度以上，使鋼全部轉變為均勻的奧氏體，然后在空氣中自然冷卻的熱處理方法。它能消除過共析鋼的網狀滲碳體，對于亞共析鋼正火可細化晶格，提高綜合力學性能，對要求不高的零件用正火代替退火工藝是比較經濟的。正火的目的：① 去除材料的內應力;② 增加材料的硬度。

3、淬火：淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間，然后很快放入淬火劑中，使其溫度驟然降低，以大于臨界冷卻速度的速度急速冷卻，而獲得以馬氏體為主的不平衡組織的熱處理方法。淬火能增加鋼的強度和硬度，但要減少其塑性。淬火中常用的淬火劑有：水、油、堿水和鹽類溶液等。

4、回火：將已經淬火的鋼重新加熱到一定溫度，再用一定方法冷卻稱為回火。其目的是消除淬火產生的內應力，降低硬度和脆性，以取得預期的力學性能。回火分高溫回火、中溫回火和低溫回火三類。回火多與淬火、正火配合使用。

二、工藝上的區別

1、退火工藝。

在生產中，退火工藝應用很廣泛。根據工件要求退火的目的不同，退火的工藝規范有多種，常用的有完全退火、球化退火、和去應力退火等。

退火的主要應用范圍：① 完全退火主要用于亞共析鋼的鑄件、鍛軋件、焊件，以消除組織缺陷，使組織變細和變均勻，以提高鋼件的塑性和韌性;② 不完全退火主要用于中碳和高碳鋼及低合金結構鋼的鍛軋件，使晶粒變細，同時也降低硬度，消除內應力，改善被切削性;③ 球化退火只應用于鋼的中退火方法，其中中碳鋼和高碳鋼硬度低、被切削性好、冷形變能力大;④ 去應力退火主要適用于毛坯件及經過切削加工的零件，目的是為了消除毛坯和零件中的殘余應力，穩定工件尺寸及形狀，減少零件在切削加工和使用過程中的形變和裂紋傾向。

2、正火工藝。

正火時可在稍快的冷卻中使鋼材的結晶晶粒細化，不但可得到滿意的強度，而且可以明顯提高韌性（AKV值），降低構件的開裂傾向。—些低合金熱軋鋼板、低合金鋼鍛件與鑄造件經正火處理后，材料的綜合力學性能可以大大改善，而且也改善了切削性能。

正火的主要應用范圍有：① 用于低碳鋼，正火后硬度略高于退火，韌性也較好，可作為切削加工的預處理。② 用于中碳鋼，可代替調質處理作為最后熱處理，也可作為用感應加熱方法進行表面淬火前的預備處理。③ 用于工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼等，可以消降或抑制網狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織。④ 用于鑄鋼件，可以細化鑄態組織，改善切削加工性能。⑤ 用于大型鍛件，可作為最后熱處理，從而避免淬火時較大的開裂傾向。⑥ 用于球墨鑄鐵，使硬度、強度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機、柴油機的曲軸、連桿等重要零件。 ⑦ 過共析鋼球化退火前進行一次正火，可消除網狀二次滲碳體，以保證球化退火時滲碳體全部球粒化。

3、淬火工藝。

淬火能大幅提高鋼的剛性、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。

淬火的應用范圍：廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。機械中的重要零件，尤其在汽車、飛機、火箭中應用的鋼件幾乎都經過淬火處理。

淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強度、韌性及疲勞強度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機械性能）以滿足不同的使用要求。另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學性能，如淬火使永磁鋼增強其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。

4、回火工藝。

回火一般緊接著淬火進行，是工件獲得所需性能的最后一道重要工序。通過回火可以消除或減少內應力、降低脆性，提高韌性;另一方面可以調整淬火鋼的力學性能，達到鋼的使用性能。根據回火溫度的不同，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火三種。低溫回火得到的是馬氏體組織;中溫回火得到的組織為回火托氏體;高溫回火調質處理得到的是回火索氏體組織。

回火的應用范圍：回火分為低溫回火，中溫回火和高溫回火，其中低溫回火主要應用于刃具、量具、模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火的零件等;中溫回火主要應用于彈簧、鍛模、沖擊工具等;高溫回火廣泛用于各種較重要的受力結構件，如連桿、螺栓、齒輪及軸類零件等。

四把“火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝。為了獲得一定的強度和韌性，把淬火和高溫回火結合起來的工藝，稱為調質;某些合金淬火形成過飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當溫度下保持較長時間，以提高合金的硬度、強度或電性磁性等，這樣的熱處理工藝稱為時效處理;把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結合起來進行，使工件獲得很好的強度、韌性配合的方法稱為形變熱處理;在負壓氣氛或真空中進行的熱處理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進行化學熱處理。

綜上所述，金屬材料熱處理中這四把“火”概念不一，工藝各異，但也有其內在的聯系，只要弄懂各自的概念和工藝特點，才能正確合理地應用到今后的生產實踐中去，燒好熱處理的每把“火”。

參考文獻：

[1]全國技工院校機械類專業通用教材 《金屬材料與熱處理》第7版。

[2]高職《金屬材料與熱處理》課程改革初探。

[3]中國校外教育理論，2019年。

作者簡介：

黃宇廈，學歷：本科，職稱：高級講師，從事專業：機械、計算機.

（福建省漳州市高級技工學校 ? 福建 ?漳州 ? 363000）