浅析《金属材料与热处理》中的四把"火"

摘 要：《金属材料与热处理》是机械类专业一门重要的专业基础课，本文通过对金属材料热处理中“退火”、“正火”、“淬火”、“回火”四个常用的热处理工艺，从概念上和工艺处理上，由浅入深，逐一分析、让学生能更好掌握相关的知识点，并能正确合理地应用到今后的生产实践中。

关键词：退火;正火;淬火;回火;金属材料;热处理;工艺

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。金属热处理工艺可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。《金属材料与热处理》课程中“热处理”部分涉及退火、正火、淬火和回火，称为热处理的四把“火”。在教学过程中如何区别这四把“火”？又如何使用“火”？现浅析如下。

一、概念上的区别

1、退火：将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力;同时可降低硬度，提高塑性和韧性，均匀材料组织和成分，改善材料性能或为以后热处理做组织准备。所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。

2、正火：正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。正火的目的：① 去除材料的内应力;② 增加材料的硬度。

3、淬火：淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。淬火能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。淬火中常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。

4、回火：将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。其目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。回火多与淬火、正火配合使用。

二、工艺上的区别

1、退火工艺。

在生产中，退火工艺应用很广泛。根据工件要求退火的目的不同，退火的工艺规范有多种，常用的有完全退火、球化退火、和去应力退火等。

退火的主要应用范围：① 完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊件，以消除组织缺陷，使组织变细和变均匀，以提高钢件的塑性和韧性;② 不完全退火主要用于中碳和高碳钢及低合金结构钢的锻轧件，使晶粒变细，同时也降低硬度，消除内应力，改善被切削性;③ 球化退火只应用于钢的中退火方法，其中中碳钢和高碳钢硬度低、被切削性好、冷形变能力大;④ 去应力退火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。

2、正火工艺。

正火时可在稍快的冷却中使钢材的结晶晶粒细化，不但可得到满意的强度，而且可以明显提高韧性（AKV值），降低构件的开裂倾向。—些低合金热轧钢板、低合金钢锻件与铸造件经正火处理后，材料的综合力学性能可以大大改善，而且也改善了切削性能。

正火的主要应用范围有：① 用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。② 用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。③ 用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。④ 用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。⑤ 用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。⑥ 用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。 ⑦ 过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。

3、淬火工艺。

淬火能大幅提高钢的刚性、硬度、耐磨性、疲勞强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。

淬火的应用范围：广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。机械中的重要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。

淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。

4、回火工艺。

回火一般紧接着淬火进行，是工件获得所需性能的最后一道重要工序。通过回火可以消除或减少内应力、降低脆性，提高韧性;另一方面可以调整淬火钢的力学性能，达到钢的使用性能。根据回火温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三种。低温回火得到的是马氏体组织;中温回火得到的组织为回火托氏体;高温回火调质处理得到的是回火索氏体组织。

回火的应用范围：回火分为低温回火，中温回火和高温回火，其中低温回火主要应用于刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等;中温回火主要应用于弹簧、锻模、冲击工具等;高温回火广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。

四把“火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质;某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等，这样的热处理工艺称为时效处理;把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理;在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。

综上所述，金属材料热处理中这四把“火”概念不一，工艺各异，但也有其内在的联系，只要弄懂各自的概念和工艺特点，才能正确合理地应用到今后的生产实践中去，烧好热处理的每把“火”。

参考文献：

[1]全国技工院校机械类专业通用教材 《金属材料与热处理》第7版。

[2]高职《金属材料与热处理》课程改革初探。

[3]中国校外教育理论，2019年。

作者简介：

黄宇厦，学历：本科，职称：高级讲师，从事专业：机械、计算机.

（福建省漳州市高级技工学校   福建  漳州   363000）