◆ 表面淬火
鋼的表面淬火
有些零件在工件時在受扭轉(zhuǎn)和彎曲等交變負荷,、沖擊負荷的作用下，它的表面層承受著比心部更高的應(yīng)力,。在受摩擦的場合,，表面層還不斷地被磨損，因此對一些零件表面層提出高強度,、高硬度,、高耐磨性和高疲勞極限等要求，只有表面強化才能滿足上述要求,。由于表面淬火具有變形小,、生產(chǎn)率高等優(yōu)點，因此在生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛,。
根據(jù)供熱方式不同,，表面淬火主要有感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火,、電接觸加熱表面淬火等,。
感應(yīng)加熱表面淬火
感應(yīng)加熱就是利用電磁感應(yīng)在工件內(nèi)產(chǎn)生渦流而將工件進行加熱。感應(yīng)加熱表面淬火與普通淬火比具有如下優(yōu)點：
1.熱源在工件表層,，加熱速度快,，熱效率高；
2.工件因不是整體加熱,，變形??；
3.工件加熱時間短，表面氧化脫碳量少,；
4.工件表面硬度高,，缺口敏感性小，沖擊韌性,、疲勞強度以及耐磨性等均有很大提高。有利于發(fā)揮材料地潛力,，節(jié)約材料消耗,，提高零件使用壽命；
5.設(shè)備緊湊,，使用方便,，勞動條件好；
6.便于機械化和自動化,；
7.不僅用在表面淬火還可用在穿透加熱與化學(xué)熱處理等,。
感應(yīng)加熱的基本原理
將工件放在感應(yīng)器中，當(dāng)感應(yīng)器中通過交變電流時,，在感應(yīng)器周圍產(chǎn)生與電流頻率相同的交變磁場,，在工件中相應(yīng)地產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，在工件表面形成感應(yīng)電流,，即渦流,。這種渦流在工件的電阻的作用下，電能轉(zhuǎn)化為熱能,，使工件表面溫度達到淬火加熱溫度,，可實現(xiàn)表面淬火。
感應(yīng)表面淬火后的性能
1. 表面硬度：經(jīng)高,、中頻感應(yīng)加熱表面淬火的工件,，其表面硬度往往比普通淬火高 2～3 個單位（HRC）。
2. 耐磨性：高頻淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高,。這主要是由于淬硬層馬氏體晶粒細小,，碳化物彌散度高，以及硬度比較高,，表面的高的壓應(yīng)力等綜合的結(jié)果,。
3. 疲勞強度：高、中頻表面淬火使疲勞強度大為提高,，缺口敏感性下降,。對同樣材料的工件，硬化層深度在一定范圍內(nèi),，隨硬化層深度增加而疲勞強度增加,，但硬化層深度過深時表層是壓應(yīng)力,，因而硬化層深度增打疲勞強度反而下降，并使工件脆性增加,。一般硬化層深δ＝（10～20）％D,。較為合適，其中D,。為工件的有效直徑,。
◆ 退火工藝
退火是將金屬和合金加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時間,，然后緩慢冷卻的熱處理工藝,。退火后組織亞共析鋼是鐵素體加片狀珠光體；共析鋼或過共析鋼則是粒狀珠光體,?？傊嘶鸾M織是接近平衡狀態(tài)的組織。
退火的目的
?、俳档弯摰挠捕?，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工,。
?、诩毣Я＃蜩T,、鍛,、焊引起的組織缺陷，均勻鋼的組織和成分,，改善鋼的性能或為以后的熱處理作組織準備,。
③消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力,，以防止變形和開裂,。
退火工藝的種類
①均勻化退火（擴散退火)
均勻化退火是為了減少金屬鑄錠,、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分的偏析和組織的不均勻性,，將其加熱到高溫，長時間保持,，然后進行緩慢冷卻,，以化學(xué)成分和組織均勻化為目的的退火工藝。
均勻化退火的加熱溫度一般為Ac3+（150～200℃）,，即1050～1150℃,，保溫時間一般為10～15h，以保證擴散充分進行，大道消除或減少成分或組織不均勻的目的,。由于擴散退火的加熱溫度高,，時間長，晶粒粗大,，為此,，擴散退火后再進行完全退火或正火，使組織重新細化,。
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完全退火又稱為重結(jié)晶退火，是將鐵碳合金完全奧氏體化,，隨之緩慢冷卻,，獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。
完全退火主要用于亞共析鋼,，一般是中碳鋼及低、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼鍛件,、鑄件及熱軋型材,，有時也用于它們的焊接構(gòu)件。完全退火不適用于過共析鋼,，因為過共析鋼完全退火需加熱到Acm以上,，在緩慢冷卻時，滲碳體會沿奧氏體晶界析出,，呈網(wǎng)狀分布,，導(dǎo)致材料脆性增大，給最終熱處理留下隱患,。
完全退火的加熱溫度碳鋼一般為Ac3+（30～50℃）,；合金鋼為Ac3+（500～70℃）；保溫時間則要依據(jù)鋼材的種類,、工件的尺寸,、裝爐量、所選用的設(shè)備型號等多種因素確定,。為了保證過冷奧氏體完全進行珠光體轉(zhuǎn)變,，完全退火的冷卻必須是緩慢的，隨爐冷卻到500℃左右出爐空冷,。
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不完全退火是將鐵碳合金加熱到Ac1～Ac3之間溫度，達到不完全奧氏體化,，隨之緩慢冷卻的退火工藝,。
不完全退火主要適用于中、高碳鋼和低合金鋼鍛軋件等，其目的是細化組織和降低硬度,，加熱溫度為Ac1+(40～60)℃,，保溫后緩慢冷卻。
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等溫退火是將鋼件或毛坯件加熱到高于Ac3（或Ac1）溫度,，保持適當(dāng)時間后，較快地冷卻到珠光體溫度區(qū)間地某一溫度并等溫保持,，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織,，然后在空氣中冷卻的退火工藝。
等溫退火工藝應(yīng)用于中碳合金鋼和低合金鋼,，其目的是細化組織和降低硬度,。亞共析鋼加熱溫度為Ac3+(30～50)℃，過共析鋼加熱溫度為Ac3+(20～40)℃,，保持一定時間,，隨爐冷至稍低于Ar3溫度進行等溫轉(zhuǎn)變，然后出爐空冷,。等溫退火組織與硬度比完全退火更為均勻,。
⑤球化退火
球化退火是使鋼中碳化物球化而進行的退火工藝,。將鋼加熱到Ac1以上20～30℃,，保溫一段時間，然后緩慢冷卻,，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織,。
球化退火主要適用于共析鋼和過共析鋼，如碳素工具鋼,、合金工具鋼,、軸承鋼等。這些鋼經(jīng)軋制,、鍛造后空冷,，所得組織是片層狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體，這種組織硬而脆,，不僅難以切削加工,，且在以后淬火過程中也容易變形和開裂。而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織,，其中的滲碳體呈球狀顆粒,，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比,，不但硬度低,，便于切削加工，而且在淬火加熱時，奧氏體晶粒不易長大,，冷卻時工件變形和開裂傾向小,。另外對于一些需要改善冷塑性變形（如沖壓、冷鐓等）的亞共析鋼有時也可采用球化退火,。
球化退火加熱溫度為Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃,，保溫后等溫冷卻或直接緩慢冷卻。在球化退火時奧氏化是“不完全”的,，只是片狀珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體,，及少量過剩碳化物溶解。因此,，它不可能消除網(wǎng)狀碳化物,，如過共析鋼有網(wǎng)狀碳化物存在，則在球化退火前須先進行正火,，將其消除,，才能保證球化退火正常進行。
球化退火工藝方法很多,，最常用的兩種工藝是普通球化退火和等溫球化退火,。普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫適當(dāng)時間,，然后隨爐緩慢冷卻，冷到500℃左右出爐空冷,。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后,，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進行等溫，等溫時間為其加熱保溫時間的1.5倍,。等溫后隨爐冷至500℃左右出爐空冷,。和普通球化退火相比，球化退火不僅可縮短周期,，而且可使球化組織均勻,，并能嚴格地控制退火后的硬度。
?、拊俳Y(jié)晶退火（中間退火）
再結(jié)晶退火是經(jīng)冷形變后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上,，保持適當(dāng)時間，使形變晶粒重新結(jié)晶成均勻的等軸晶粒,，以消除形變強化和殘余應(yīng)力的熱處理工藝,。
⑦去應(yīng)力退火
去應(yīng)力退火是為了消除由于塑性形變加工,、焊接等而造成的以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進行的退火工藝,。
鍛造、鑄造、焊接以及切削加工后的工件內(nèi)部存在內(nèi)應(yīng)力,，如不及時消除,，將使工件在加工和使用過程中發(fā)生變形，影響工件精度,。采用去應(yīng)力退火消除加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力十分重要,。
去應(yīng)力退火的加熱溫度低于相變溫度A1，因此,，在整個熱處理過程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變,。內(nèi)應(yīng)力主要是通過工件在保溫和緩冷過程中消除的。為了使工件內(nèi)應(yīng)力消除得更徹底,，在加熱時應(yīng)控制加熱溫度,。一般是低溫進爐，然后以100℃/h左右得加熱速度加熱到規(guī)定溫度,。焊接件得加熱溫度應(yīng)略高于600℃,。保溫時間視情況而定，通常為2～4h,。鑄件去應(yīng)力退火的保溫時間取上限,，冷卻速度控制在（20～50）℃/h，冷至300℃以下才能出爐空冷,。
◆ 正火工藝
正火工藝是將鋼件加熱到Ac3（或Acm）以上30～50℃,，保溫適當(dāng)?shù)臅r間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝,。把鋼件加熱到Ac3以上100～150℃的正火則稱為高溫正火,。
對于中、低碳鋼的鑄,、鍛件正火的主要目的是細化組織,。與退火相比，正火后珠光體片層較細,、鐵素體晶粒也比較細小,，因而強度和硬度較高。
低碳鋼由于退火后硬度太低,，切削加工時產(chǎn)生粘刀的現(xiàn)象,，切削性能差，通過正火提高硬度,，可改善切削性能,，某些中碳結(jié)構(gòu)鋼零件可用正火代替調(diào)質(zhì)，簡化熱處理工藝,。
過共析鋼正火加熱刀Acm以上,，使原先呈網(wǎng)狀的滲碳體全部溶入到奧氏體,，然后用較快的速度冷卻，抑制滲碳體在奧氏體晶界的析出,，從而能消除網(wǎng)狀碳化物,，改善過共析鋼的組織。
焊接件要求焊縫強度的零件用正火來改善焊縫組織,，保證焊縫強度,。
在熱處理過程中返修零件必須正火處理，要求力學(xué)性能指標的結(jié)構(gòu)零件必須正火后進行調(diào)質(zhì)才能滿足力學(xué)性能要求,。中,、高合金鋼和大型鍛件正火后必須加高溫回火來消除正火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
有些合金鋼在鍛造時產(chǎn)生部分馬氏體轉(zhuǎn)變,，形成硬組織,。為了消除這種不良組織采取正火時，比正常正火溫度高20℃左右加熱保溫進行正火,。
正火工藝比較簡便,，有利于采用鍛造余熱正火，可節(jié)省能源和縮短生產(chǎn)周期,。
正火工藝與操作不當(dāng)也產(chǎn)生組織缺陷,，與退火相似，補救方法基本相同,。