热处理在金属材料中的作用

热处理在金属材料中的作用

金属可分为黑色金属和有色金属。热处理既可用来改善毛坯在后续工序中的工艺性能，也可使工件获得优良的使用性能。

一、 首先以钢作为黑色金属的代表分析热处理对其的作用。钢的热

处理是通过在固态范围加热、保温和冷却的方法，改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能的一种工艺过程的总称。

1、 钢的退火

（1） 完全退火完全退火的过程是将亚共析钢加热到Ac3以上，保温

一定时间，然后缓慢冷却，以达到接近平衡状态的组织。完全退火的目的是利用相变重结晶过程和随后的慢冷来均匀和细化亚共析钢的晶粒，提高韧性；消除内应力和降低强度，以利于切削加工或冷塑性变形加工，为下一步淬火做好组织上的准备。

（2） 球化退火将钢加热到稍低于或稍高于Ac1的温度或者使温度在

A1上下周期变化，然后缓冷下来。目的在于使珠光体内的片状渗碳体以及先共析渗碳体都变为球粒状，均匀分布于铁素体基体中(这种组织称为球化珠光体)。球化退火工艺方法很多，最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。这种工艺有利于塑性加工和切削加工，还能提高机械韧性。

（3） 等温退火对钢来说，是缓慢加热到 Ac3（亚共析钢）或 Ac1（共

析钢和过共析钢）以上不多的温度，保温一段时间，使钢奥氏体化，然后迅速移入温度在A1以下不多的另一炉内，等温保持直到奥氏体全部转变为片层状珠光体（亚共析钢还有

先共析铁素体；过共析钢还有先共析渗碳体）为止，最后以任意速度冷却下来(通常是出炉在空气中冷却)。通过等温退火，可降低硬度、细化晶粒、均匀组织和消除内应力。

（4） 扩散退火将铸锭或铸件加热到各该合金的固相线温度以下的某

一较高温度，长时间保温，然后缓慢冷却下来。均匀化退火是使合金中的元素发生固态扩散，来减轻化学成分不均匀性（偏析），主要是减轻晶粒尺度内的化学成分不均匀性（晶内偏析或称枝晶偏析）。

（5） 去应力退火将钢件加热到稍高于Ac1的温度，保温一定时间后

随炉冷却到550~600℃出炉空冷的热处理工艺称为去应力退火。去应力加热温度低，在退火过程中无组织转变，主要适用于毛坯件及经过切削加工的零件，目的是为了消除毛坯和零件中的残余应力，稳定工件尺寸及形状，减少零件在切削加工和使用过程中的形变和裂纹倾向。

（6） 再结晶退火再结晶退火过程是将经冷变形的钢加热到再结晶温

度以上（一般在600~700℃），保温适当时间，出炉空冷。再结晶退火通过再结晶作用以恢复成细小的等轴晶粒和消除加工硬化，提高塑性，便于继续加工。

2、 钢的正火正火是将钢加热到临界点以上，保温一定时间，以得

到晶粒细小、成分均匀的奥氏体，然后在静止空气中冷却从而得到细片状珠光体组织的一种工艺。正火使晶粒细化和碳化物分布均匀化。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。

3、 钢的淬火钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或

Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体1化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或

贝氏体）转变的热处理工艺。使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。

淬火冷却图

4、钢的回火回火是淬硬后加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。低温回火保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性。中温回火回火后得到回火屈氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。高温回火得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。回火一般紧接着淬火进行，其目的是：

（a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；

（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求； （c）稳定组织与尺寸，保证精度；

（d）改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。

5、表面淬火表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。表面淬火时通过快速加热，使刚件表面很快到淬火的温度，在热量来不及穿到工件心部就立即冷却，实现局部淬火。表面淬火的目的在于获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原

有的良好韧性。

6、化学热处理化学热处理是利用化学反应、有时兼用物理方法改变钢件表层化学成分及组织结构，以便得到比均质材料更好的技术经济效益的金属热处理工艺。化学热处理后的钢件，实质上可以认为是一种特殊复合材料。心部为原始成分的钢，表层则是渗入了合金元素的材料。心部与表层之间是紧密的晶体型结合，它比电镀等表面复护技术所获得的心、表部的结合要强得多。

二、有色金属热处理整个生产过程中的热处理主要有铸锭的均匀化退化、压力加工过程中的退火（去应力退火和再结晶退火）、成品的热处理（固溶处理及时效），形变热处理也有一定的应用。

1、有色合金均匀化退火是在高温下通过长时间加热以使原子充分扩散，消除或减小实际冶金过程中形成的晶内分析不均匀性和偏离于平衡的组织状态，消除内应力，以改善合金材料的工艺性能和使用性能的热处理工艺。铸锭经均匀化退火后，由于发生了偏析的消除、非平衡相的溶解及过剩相的聚集、球化等组织变化，

从而显著提高室温下

塑形并使冷、热变形的工艺性能大为改善。

2、有色合金的去应力退火是把合金加热到一个较低的温度（低于材料的再结晶温度），保温一定时间，缓慢冷却的一种热处理工艺。其应力退火作为半成品火制品的最终处理，一用来消除铸件、锻件、焊接件、热轧件、冷拉件等的残余应力，稳定铸件尺寸，减小变形。二保证材料的强度与塑形有较好的结合，多用于热处理不可强化合金。

3、有色合金回复退火回复退火一般作为半成品或制品的最终处理，以消除或保证材料的强度与塑形的结合，会腐蚀的硬化效应可提高弹簧或簧膜的弹性。

4、多相化退火利用多相化退火，可使合金获得一定大小和分布的第二相，从而提高合金的耐蚀性。例如，镁含量超过5%的铝合金腐蚀性较差。采用适当的变形工艺，并辅之以恰当的多相化退火使β相在晶内和晶界均匀分布，就可以提高合金的耐蚀性。

5、重结晶退火可用来消除某些纯金属和固溶体合金的铸件和加工件的粗大晶粒，改善性能；也可用来消除金属中不希望有的结构。

6、时效处理：指合金工件经，冷变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。若采用将工件加热到较高温度，并较短时间进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理，若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。铝合金的热处理强化，主要是由于合金元素在铝合金中有较大的固溶度，且随温度的降低而急剧减小。所以铝合金经加热到某一温度淬火后，可以得

到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间的延长而增高，但塑性、韧性则降低，这个过程称为时效。在室温下进行的时效称为自然时效，在加热条件下进行的时效称为人工时效。时效过程中使铝合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。其强化效果是依靠时效过程中所产生的时效硬化现象来实现的。

7形变热处理