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金属材料热处理：怪不得你模具没做好：正火、退火、淬火、回火你都分清楚了吗！

　　退火和回火的区别

　　退火与回火的区别在于： (简单地说，退火就是不要硬度，回火还保留一定硬度)。

　　什么是 退火 ？

　　退火是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却的一种金属热处理工艺。退火热处理分为完全退火，不完全退火和去应力退火。退火材料的力学性能可以用拉伸试验来检测，也可以用硬度试验来检测。许多钢材都是以退火热处理状态供货的，钢材硬度检测可以采用洛氏硬度计，测试HRB硬度，对于较薄的钢板、钢带以及薄壁钢管，可以采用表面洛氏硬度计，检测HRT硬度。

　　退火过程中发生得是珠光体转变，退火的主要目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，为后续加工和最终热处理做准备。去应力退火是为了消除由于塑性形变加工、焊接等而造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火工艺。锻造、铸造、焊接以及切削加工后的工件内部存在内应力，如不及时消除，将使工件在加工和使用过程中发生变形，影响工件精度。

　　采用去应力退火消除加工过程中产生的内应力十分重要。去应力退火的加热温度低于相变温度，因此，在整个热处理过程中不发生组织转变。内应力主要是通过工件在保温和缓冷过程中自然消除的。

　　为了使工件内应力消除得更彻底，在加热时应控制加热温度。一般是低温进炉，然后以100℃/h左右得加热速度加热到规定温度。焊接件得加热温度应略高于600℃。保温时间视情况而定，通常为2～4h。铸件去应力退火的保温时间取上限，冷却速度控制在(20～50)℃/h，冷至300℃以下才能出炉空冷。

　　时效处理可分为自然时效和人工时效两种自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底。

　　退火的目的在于：

　　① 改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。

　　② 软化工件以便进行切削加工。

　　③ 细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。

　　④ 为最终热处理(淬火、回火)作好组织准备。

　　常用的退火工艺

　　① 完全退火。 用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上30～50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。

　　② 球化退火。 用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上20～40℃，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。

　　③ 等温退火。 用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降 低。

　　④ 再结晶退火。 用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象(硬度升高、塑性下降)。加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50～150℃ ，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。

　　⑤ 石墨化退火。 用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。工艺操作是将铸件加热到950℃左右，保温一定时间后适当冷却，使渗碳体分解形成团絮状石墨。

　　⑥ 扩散退火。 用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。方法是在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。

　　⑦ 去应力退火。 用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100～200℃，保温后在空气中冷却，即可消除内应力。

　　什么叫回火?

　　高温回火所得组织为回火索氏体。回火一般不单独使用，在零件淬火处理后进行回火，主要目的是消除淬火应力，得到要求的组织，回火根据回火温度的不同分为低温、中温和高温回火。分别得到回火马氏体、屈氏体和索氏体。

　　其中淬火后进行高温回火相结合的热处理称为调质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般为HB200-330。

　　回火是将淬火后的金属成材或零件加热到某一温度，保温一定时间后，以一定方式冷却的热处理工艺，回火是淬火后紧接着进行的一种操作，通常也是工件进行热处理的最后一道工序，因而把淬火和回火的联合工艺称为最终热处理。淬火与回火的主要目的是：

　　1)减少内应力和降低脆性 。

　　淬火件存在着很大的应力和脆性，如没有及时回火往往会产生变形甚至开裂。

　　2)调整工件的机械性能 。

　　工件淬火后，硬度高，脆性大，为了满足各种工件不同的性能要求，可以通过回火来调整，硬度，强度，塑性和韧性。

　　3)稳定工件尺寸。

　　通过回火可使金相组织趋于稳定，以保证在以后的使用过程中不再发生变形。

　　4)改善某些合金钢的切削性能。

　　在生产中，常根据对工件性能的要求。按加热温度的不同，把回火分为低温回火，中温回火，和高温回火。淬火和随后的高温回火相结合的热处理工艺称为调质，即在具有高度强度的同时，又有好的塑性韧性。主要用于处理随较大载荷的机器结构零件，如机床主轴，汽车后桥半轴，强力齿轮等。

　　① 提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。

　　② 消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。

　　③ 调整钢铁的力学性能以满足使用要求。

　　回火之所以具有这些作用，是因为温度升高时，原子活动能力增强，钢铁中的铁、碳和其他合金元素的原子可以较快地进行扩散，实现原子的重新排列组合，从而使不稳定的不平衡组织逐步转变为稳定的平衡组织。内应力的消除还与温度升高时金属强度降低有关。一般钢铁回火时，硬度和强度下降，塑性提高。回火温度越高，这些力学性能的变化越大。有些合金元素含量较高的合金钢，在某一温度范围回火时，会析出一些颗粒细小的金属化合物，使强度和硬度上升。这种现象称为二次硬化。

　　回火要求：用途不同的工件应在不同温度下回火，以满足使用中的要求。

　　① 刀具、轴承、渗碳淬火零件、表面淬火零件通常在250℃以下进行低温回火。低温回火后硬度变化不大，内应力减小，韧性稍有提高。

　　② 弹簧在350～500℃下中温回火，可获得较高的弹性和必要的韧性。

　　③ 中碳结构钢制作的零件通常在500～600℃进行高温回火，以获得适宜的强度与韧性的良好配合。

　　淬火加高温回火的热处理工艺总称为调质 。

　　钢在300℃左右回火时，常使其脆性增大，这种现象称为第一类回火脆性。一般不应在这个温度区间回火。某些中碳合金结构钢在高温回火后，如果缓慢冷至室温，也易于变脆。这种现象称为第二类回火脆性。在钢中加入钼，或回火时在油或水中冷却，都可以防止第二类回火脆性。将第二类回火脆性的钢重新加热至原来的回火温度，便可以消除这种脆性。

　　什么叫淬火?

　　淬火，金属和玻璃的一种热处理工艺。把合金制品或玻璃加热到一定温度，随即在水、油或空气中急速冷却，一般用以提高合金的硬度和强度。通称“蘸火”。将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理。钢铁工件在淬火后具有以下特点：

　　① 得到了马氏体、贝氏体、残余奥氏体等不平衡(即不稳定)组织。

　　② 存在较大内应力。

　　③ 力学性能不能满足要求。因此，钢铁工件淬火后一般都要经过回火。

　　淬火是把金属成材或零件加热到相变温度以上，保温后，以大于临界冷却速度的急剧冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺。淬火是为了得到马氏体组织，再经回火后，使工件获得良好的使用性能，以充分发挥材料的潜力。其主要目的是：

　　1)提高金属成材或零件的机械性能。例如：提高工具、轴承等的硬度和耐磨性，提高弹簧的弹性极限，提高轴类零件的综合机械性能等。

　　2)改善某些特殊钢的材料性能或化学性能。如提高不锈钢的耐蚀性，增加磁钢的永磁性等。

　　淬火冷却时，除需合理选用淬火介质外，还要有正确的淬火方法，常用的淬火方法，主要有单液淬火，双液淬火，分级淬火、等温淬火，局部淬火等。

　　分析模具淬火工艺冷却五大方法 ：

　　  为了能让模具钢性能更好，我们需要对其进行冷却，有关淬火工艺冷却方法主要有以下几种：

　　  1、模具钢单液淬火法。

　　将模具钢或零件加热到奥氏体化后淬入水、油或其他冷却介质中，经过一定时间冷却(冷却到低于珠光体型转变温度区域或马氏体转变温度区域)，取出模具钢空冷。由于模具钢冷却过程在单一冷却介质中完成的，称单液淬火法。

　　  2、模具钢双液淬火法。

　　顾名思义，模具钢淬火冷却过程是在两种冷却介质(最常用的是水、油)中配合完成的。使冷却过程较为理想，既在珠光体转变区域快速冷却，在马氏体转变区域缓慢冷却，具体做法是将加热到奥氏体化温度的模具钢或零件先淬入高温区快冷的第一种介质中(通常是水或盐水溶液)，以抑制过冷奥氏体的珠光体转变，当冷却到0摄氏度左右时，迅速取出转入低温区缓冷的第二种介质中(通常为油)。由于马氏体转变在较缓和的冷却条件下进行，可有效地缓解或防止变形和开裂，俗称水淬油冷。此法需要较高的操作技巧。有时理解为三种介质，即先水，后油，最终是空气。

　　  3、模具钢喷射淬火法。

　　大型复杂特别是厚薄差大的工作和模具钢，为使冷却均匀避免过大的淬火应力，控制好冷却过程不同阶段不同部位的冷速的方法。有喷液(水或水溶液)，喷雾(压缩空气和水经雾化喷射到零件不同部位)，气淬等多种方式，其优点是可控制不同介质或不同流量，用压力来控制和调节各温度区域的冷速或改变不同喷嘴数量和位置可使;冷却均匀。目前在模具热处理中最流行的真空高压气淬既是。

　　  4、模具钢分级淬火法。

　　将加热到奥氏体化温度的模具负钢或工件淬入温度在马氏体转变温度附近的冷却介质(常用的为盐浴)中，停留一段时间，使工件表面和中心温度逐渐趋于一致后取出空冷，以较低的冷却速度完成马氏体转变，此法能显著减少变形并且提高模具钢的韧度，是模具零件常用的淬火方法之一。模具钢分级淬火的温度选择有两种。一种是取被处理工件钢种的马氏转变开始温度(Ms点)以上10-30摄氏度;另一种是选取Ms以下80-100摄氏度。分组的停留时间也要掌握好，过短则温度不够均匀，未能达到分级淬火的目的;过长则可能发生非马氏体相变而降低硬度。

　　  5、模具钢等到温淬火法。

　　将加热到奥氏体化温度的模具钢工作淬入温度稍高于被告淬火钢钢种Ms点的热浴中等到温停留，完成相变以获得下贝氏体组织或下贝氏体和马氏体混合组织。此法目的有缓解变形和开裂，淬火应力小等优点，具有与回火马氏体相近的强度和韧底。

　　避免模具钢使用过程中，出现变形，开裂的现象，对于模具钢淬火工艺后的冷却，也是必须的，这样会使模具钢不易变形，在使用条件下有合适的粘度，不易燃、易燃，无毒等。

　　什么是 正火 ？正火 目的和用途 有哪些？

　　正火或者退火实际上大原理是一样的!都是利用在不同温度和时间下材料内在结构及组成的变化而调整各种性能，这里不单是力学性能，还有比如残余应力、比如工具钢的易切削性、比如均匀性等等，大原理一样，细节各有不同，利用的性质也各有不同。

　　先说正火，正火的作用是让系统重新排队，为什么要重新排队，因为原始状态是不完美的，不能说原始状态不好，只能说不完美，就像高速公路上的汽车，怎么跑的都有，但到了收费站都要排好了队一辆辆通过。

　　如果到收费站之前就都开的很好，排列均匀有序，那么就不需要正火啊，所以有轧态替代正火一说。当然真正一样是不可能，但不需要重新排队的时候还是节省点能源消耗更好。另外，正火不必须的原因除了有些特定的轧态或锻态材料正不正火结果差不多这种情况之外，还有的是不能正火，就如同国旗护卫队，那两排小队伍走的，你非要让他们过收费站，分散成8股队伍，本来变形强化的挺好，一正火软了，回到解放前了。所以说经过正火处理会更好这个概念是有限定范围的，正火就像家里收拾屋子一样，只是整理材料的一种方式而已。

　　通俗的正火就是重新奥氏体化然后空冷，有了奥氏体化这个过程，重新形核，每个部位被提供的能量是一样的，环境给了材料一个重新洗牌的机会，大家站在同一个起跑线上，形核均匀，晶粒均匀，于是整体就相对均匀化了，这是正火解决的问题一; 均匀=各种稳定!

　　材料正火前的晶粒往往粗大(大多是高温浇筑的坯料经过一定变形形成的，高温下晶粒粗大，虽经过再结晶过程，但毕竟有限)，正火温度相对前期轧制或锻造或浇筑温度低一些(正火基本上仅仅高于奥氏体化温度几十度而已)，因此形核后晶粒长大趋势不明显，原来的粗晶粒被新的诸侯瓜分，分而治之，大唐江山进入五代十国阶段，正火后晶粒更小，这是正火解决的问题二; 晶粒细=大部分性能提高!

　　正火过程给了材料中C及合金又一次均匀扩散的机会，和上述的晶粒均匀不同，这里是扩散带来的成分进一步均匀，也就是消弱偏析，对某些材料性能比如焊接比如韧性带来一个新的变化，这是正火解决的问题三;扩散=偏析度低!

　　这三个解决问题的过程就是前几次说的奥氏体化过程，但结果让二伯很不爽!作为一个说话语不惊人死不休，做事不走寻常路的中年男来说，材料世界和人生观导向是那么的矛盾重重。正火带来了材料的通而不精、细小、同质化正是人生最不可取的三个特点。。。

　　还要补充说点正火，说了今世说点前生。正火如同人走入社会后被磨圆棱角的过程，那么在年轻的棱角时代必然有很多惊天动地的事情发生，打架斗殴啊，通宵熬夜啊，早恋啊，阳光灿烂的日子，没有压力和负担，没有被环境束缚的年纪你无忧无虑，没有为正火而做好准备，你的人生注定艰难!

　　正火的效果依赖于材料的原始态，举个简单的例子说明一下，Mn在1100度的温度下，从浓度差6%均匀化到4%需要接近6个小时，而均匀化的区域只有10微米。正火温度基本不超过1000度，可想而知如果原始状态不好，正火后的效果要打折扣的，科学不骗人，不会指鹿为马，所以不要依靠正火解决一切问题，要关于每个工序每个点，一将功成万骨枯，好产品需要付出的东西很多。

　　退火和正火的目的都是去除材料的内应力，降低材料的硬度。 退火，是加热后，随炉冷却，适用于高碳钢、中碳钢。 正火，是加热后，空冷(空气中冷却)，适用于低碳钢。退火、正火，对于低碳钢效果是一样的，为了减少成本、提高效率，采用正火处理。

　　① 对亚共析钢，正火用以消除铸、锻、焊件的过热粗晶组织和魏氏组织，轧材中的带状组织;细化晶粒;并可作为淬火前的预先热处理。

　　② 对过共析钢，正火可以消除网状二次渗碳体，并使珠光体细化，不但改善机械性能，而且有利于以后的球化退火。

　　③ 对低碳深冲薄钢板，正火可以消除晶界的游离渗碳体，以改善其深冲性能。

　　④ 对低碳钢和低碳低合金钢，采用正火，可得到较多的细片状珠光体组织，使硬度增高到HB140-190，避免切削时的“粘刀”现象，改善切削加工性。对中碳钢，在既可用正火又可用退火的场合下，用正火更为经济和方便。

　　⑤ 对普通中碳结构钢，在力学性能要求不高的场合下，可用正火代替淬火加高温回火，不仅操作简便，而且使钢材的组织和尺寸稳定。

　　⑥ 高温正火(Ac3以上150～200℃)由于高温下扩散速度较高,可以减少铸件和锻件的成分偏析。高温正火后的粗大晶粒可通过随后第二次较低温度的正火予以细化。

　　⑦ 对某些用于汽轮机和锅炉的低、中碳合金钢，常采用正火以获得贝氏体组织，再经高温回火，用于400～550℃时具有良好的抗蠕变能力。

　　⑧ 除钢件和钢材以外，正火还广泛用于球墨铸铁热处理，使其获得珠光体基体，提高球墨铸铁的强度。

　　由于正火的特点是空气冷却，因而环境气温、堆放方式、气流及工件尺寸对正火后的组织和性能均有影响。正火组织还可作为合金钢的一种分类方法。通常根据直径为25毫米的试样加热到900℃后,空冷得到的组织，将合金钢分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。

　　钢的退火

　　概念：将钢加热、保温后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的工艺过程。

　　1、完全退火

　　工艺：加热Ac3以上30-50℃→保温→随炉冷到500度以下→空冷室温。

　　目的：细化晶粒，均匀组织 ，提高塑韧性，消除内应力，便于机械加工。

　　2、等温退火

　　工艺：加热Ac3以上→保温→快冷至珠光体转变温度→等温停留→转变为P→出炉空冷;

　　目的：同上。但时间短，易控制，脱氧、脱碳小。(适用于过冷A比较稳定的合金钢及大型碳钢件)。

　　3、球化退火

　　概念：是使钢中的渗碳体球化的工艺过程。

　　对象：共析钢和过共析钢

　　工艺：

　　(1)等温球化退火加热Ac1以上20-30度→保温→迅速冷却到Ar1以下20度→等温→随炉冷至600度左右→出炉空冷。

　　(2)普通球化退火加热Ac1以上20-30度→保温→极缓慢冷却至600度左右→出炉空冷。(周期长，效率低，不适用)。

　　目的：降低硬度、提高塑韧性，便于切削加工。

　　机理：使片状或网状渗碳体变成颗粒状(球状)

　　说明：退火加热时，组织没有完全A化，所以又称不完全退火。

　　4、去应力退火

　　工艺：加热到Ac1以下某一温度(500-650度)→保温→缓冷至室温。

　　目的：消除铸件、锻件、焊接件等的残余内应力，稳定工件尺寸。

　　钢的回火

　　工艺：将淬火后的钢重新加热到A1以下某一温度保温，然后冷却(一般空冷)至室温。

　　目的：消除淬火产生的内应力，稳定工件尺寸，降低脆性，改善切削加工性能。

　　力学性能：随着回火温度的升高，硬度、强度下降，塑性韧性升高。

　　1、低温回火：150-250℃ ，M回，减少内应力和脆性，提高塑韧性，有较高的硬度和耐磨性。用于制作量具、刀具和滚动轴承等。

　　2、中温回火：350-500℃ ，T回，具有较高的弹性，有一定的塑性和硬度。用于制作弹簧、锻模等。

　　3、高温回火：500-650℃ ，S回，具有良好的综合力学性能。用于制作齿轮、曲轴等。