在熱處理中，為了減小畸變量，凡需要比較長的時間才能完成的過程，比如，工件加熱過程，應(yīng)當(dāng)設(shè)法把可能出現(xiàn)的內(nèi)外應(yīng)力減至最小。為了縮短熱應(yīng)力引起的畸變，使用液體冷卻介質(zhì)時，要設(shè)法縮短介質(zhì)的蒸汽膜階段，以便縮短工件冷卻過程中不同部位的表面溫度跨在介質(zhì)特性溫度上下的時間。在制定工藝時，應(yīng)同時從上述3要素上采取措施來減小熱處理變形。其原則是：減小內(nèi)外因素引起的應(yīng)力，縮短應(yīng)力的作用時間，尤其是在工件處于塑性好的時期。在分析已發(fā)生的熱處理畸變時，注意應(yīng)力大、塑性好和作用時間長等諸因素，會比較容易找到引起畸變的主要原因。4 水的第二大缺點引起畸變的原因在測量的冷卻曲線上，從蒸汽膜階段到沸騰階段的過渡期，是冷卻速度由慢到快的突變期。通常把這種突變對應(yīng)的探棒溫度，稱為所測冷卻介質(zhì)的特性溫度。如圖1a所示。需要說明的是，我們見的冷卻特性曲線，是用熱電偶熱端位于探棒的中心的儀器測量出來的。事實上，工件表面的溫度一降低到介質(zhì)的特性溫度，表面附近的介質(zhì)就立刻進(jìn)入沸騰階段。在液體介質(zhì)的沸騰冷卻階段，工件的表面溫度越高，沸騰就越激烈，表面獲得的冷卻速度就越快。
圖4a中進(jìn)入沸騰階段后的冷卻速度是逐漸加大的，最高冷卻速度出現(xiàn)在特性溫度以下，這是熱電偶熱端位于探棒中心，加上探棒形狀為圓柱形的緣故。如果均勻圓球在完全均勻條件下冷卻，熱電偶又位于其表面，則有另一種圖形形式，如圖4b所示。由蒸汽膜階段進(jìn)入沸騰冷卻階段，表面冷卻速度總是沸騰階段的最高值，而不是通過一段時間才增加至最高值。在實際工件冷卻中，不同部位按降溫的快慢，先后進(jìn)入沸騰階段。同一工件的不同部位，有的在特性溫度之上，有的已經(jīng)冷到了特性溫度之下，它們之間的冷卻速度差異，往往會引起大的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)從介質(zhì)的特性溫度以上冷卻下來時，所有液體介質(zhì)都存在這一缺點。我們把這個缺點簡單稱為液體介質(zhì)的特性溫度麻煩，或者特性溫度問題。與氣體冷卻介質(zhì)相比，液體冷卻介質(zhì)的冷卻速度的可調(diào)節(jié)范圍不太寬，這使確定的任何一種液體介質(zhì)都只能適用一定范圍的工件。用于要求更高冷卻速度的工件，將淬不硬，用于要求更低冷卻速度的工件，又要淬裂。我們把這一特點稱為液體冷卻介質(zhì)的第一缺點。在此又把上面討論的，“可能在工件局部區(qū)域發(fā)生冷卻速度突變，從而引起大的內(nèi)應(yīng)力”，也就是特性溫度問題稱為液體冷卻介質(zhì)的第二個缺點。相比之下，單純的氣體冷卻介質(zhì)，既可以改變流速來調(diào)節(jié)冷卻速度，又可以利用氣體的可壓縮性實現(xiàn)不同氣壓的高壓氣淬，從而能在很寬的范圍改變冷卻速度。表2為不同介質(zhì)的有關(guān)特性。由表2可見，改變流速可以在一定范圍調(diào)節(jié)冷卻速度，改變介質(zhì)的壓力，也能在一定程度內(nèi)調(diào)節(jié)介質(zhì)的冷卻速度。液體介質(zhì)具有流動性，因此可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其冷卻速度。氣體介質(zhì)同時具有好的流動性和可壓縮性，能在更寬的范圍調(diào)節(jié)其冷卻速度。加上沒有特性溫度麻煩，使氣體沒有上述液體介質(zhì)的兩個缺點。固體介質(zhì)由于沒有流動性，也沒有可壓縮性，作為淬火冷卻介質(zhì)的用途就很少。表2固、液、氣介質(zhì)的基本特性
Table 2 The basic properties of solid, liquid and gas quenchant介質(zhì)類型 固體 液體 氣體 流動性 無 好 很好 可壓縮性 無 無 很好 冷卻速度的可調(diào)節(jié)范圍 極小 不寬 寬 特性溫度麻煩 無 有 無本文開頭提到的自來水的第二大缺點，實際上包含了液體介質(zhì)的第二個缺點，以及自來水的特性溫度對水溫特別敏感兩個特性。因為都是有關(guān)其特性溫度的缺點，為簡單起見，我們把它們統(tǒng)稱為自來水的第二大缺點。自來水不僅有液體介質(zhì)的第二缺點，而且因為水溫升高，冷卻的蒸汽膜階段會迅速延長，使這種因素引起的內(nèi)應(yīng)力長期存在，為產(chǎn)生變形提供了塑性好，應(yīng)力大和作用時間長的條件，因此不僅引起嚴(yán)重的硬度不均，更會加大工件的淬火畸變。說它是大缺點，“大”就大在自來水的冷卻特性對水溫特別敏感上。
5 克服第二類缺點的技術(shù)方法綜合上述討論，推廣開來，我們建議用以下七類辦法，來克服液體介質(zhì)的上述第二類缺點。⑴ 在單一的冷卻階段內(nèi)冷卻。選用那些特性溫度高于工件的淬火加熱溫度的介質(zhì)，使整個冷卻過程都在沸騰階段進(jìn)行。比如，通常使用硝鹽浴冷卻屬于這類。或者完全在介質(zhì)的特性溫度以上冷卻，使整個冷卻過程都在蒸汽膜階段進(jìn)行。比如，在慢速的漿狀介質(zhì)中冷卻高合金鋼工件，屬于此類。我們認(rèn)為，這是上等的解決辦法。圖5為160℃硝鹽浴與40℃的快速淬火油今禹Y15-II的冷卻速度曲線對比。由圖5可見，今禹Y15-II是冷卻速度很快的淬火油。而在整個冷卻過程中，硝鹽浴的冷卻速度都比今禹15-II要快。按現(xiàn)在還流行的一種觀點“在冷卻速度快的介質(zhì)中淬火，工件的淬火畸變會更大”，油中的淬火畸變應(yīng)當(dāng)更小。但生產(chǎn)證明，硝鹽浴中淬火變形更小。有人用200℃的硝鹽浴與100℃熱油作了畸變大小試驗對比，結(jié)果見圖6[2]。
油中淬火的工件，變形更大而且更分散。究其原因，是硝鹽浴的特性溫度高于工件的入液溫度，從而實現(xiàn)了在單一的冷卻階段（沸騰冷卻階段）冷卻的緣故。圖7是高合金鋼的剔齒刀的分級鹽浴冷卻工藝。圖8為高合金鋼的3次分級冷卻工藝曲線與只有蒸汽膜階段的慢速漿狀介質(zhì)的冷卻過程曲線[3]的對比。與漿狀介質(zhì)相比，在分級冷卻過程中，每次放入鹽浴時，都會因冷卻速度快而引起較大的內(nèi)應(yīng)力。可以推知，代之以慢速漿狀介質(zhì)冷卻，將會進(jìn)一步減小工件的淬火畸變。⑵ 選用蒸汽膜階段長短對液溫變化不敏感的介質(zhì)，比如各種淬火油。采用油淬火時，工件堆放得稍微密集一點，使不同部位的工件接觸的油有一定的溫度差異時，各部位接觸的油的特性溫度基本上沒有差別，如圖1b所示。這就可以減小不同部位的冷卻差異，從而減小工件的淬火畸變。⑶ 加入能減小介質(zhì)液溫敏感性的添加劑，如自來水中溶入一定量的無機鹽或堿。⑷ 選用蒸汽膜階段短的介質(zhì)。形狀復(fù)雜的工件，尤其是帶較深內(nèi)孔的工件，為減小淬火畸變，選用淬火油時，必須考慮到這一點。⑸ 降低水性介質(zhì)的使用溫度，來提高水的特性溫度，并降低水的最高溫升程度。如果能將水的特性溫度提高到工件的加熱溫度以上，還可以免除特性溫度麻煩。⑹ 降低工件的加熱（或入液）溫度，以縮短工件處于蒸汽膜階段的時間。⑺ 通過增大工件之間的距離和加大介質(zhì)的攪拌烈度等措施，減小工件周圍的液溫升高程度，以減小上述內(nèi)應(yīng)力。一般說，選取幾種以上辦法，同時用上去，可以取得更好的效果。工廠現(xiàn)場要根據(jù)實際情況，避免某些有利于變形的因素相互疊加。比如，在油中做淬火冷卻時，入油之初，工件溫度高，塑性好，如果在油的特性溫度問題引起的內(nèi)應(yīng)力的基礎(chǔ)之上，加上強烈攪動引起的外來應(yīng)力，就有可能在工件某些部位疊加成很大的應(yīng)力，引起超差的塑性變形。東北某工廠遇到這樣的麻煩時，有人出了一個好主意：在工件入油之初不攪拌，經(jīng)過1min-2min再開始攪拌，畸變問題馬上就解決了。究其道理，一是前期的冷卻使過冷奧氏體抵抗塑性能力提高，二是可能避開特性溫度麻煩引起的內(nèi)應(yīng)力與攪拌引起的同方向應(yīng)力的疊加。按照這種思路，在某些場合，當(dāng)不能完全避開特性溫度麻煩時，單純追求縮短油的蒸汽膜階段，就不如保留適當(dāng)長度的蒸汽膜階段，等鋼材抵抗塑性變形的能力有所提高后，再遭遇特性溫度麻煩，更能減小工件的淬火畸變。又比如，降低水溶液的使用溫度，可以提高水的特性溫度，直至特性溫度高于工件的入水溫度。在水中溶解一定量的無機鹽，可以降低水的凝固點，從而把水的使用溫度降低到零下一、二十度，甚至更低的程度。此時，需要注意防止水溶液的低溫冷卻速度過高，以免引起工件淬裂。九、退火介紹（1）鋼的退火與正火1、退火：
退火和正火是生產(chǎn)中應(yīng)用很廣泛的預(yù)備熱處理工藝，主要用于改善材料的切削加工性能。對于一些受力不大、性能要求不高的機器零件，也可以做為最終熱處理。
等溫退火將奧氏體化后的鋼快冷至珠光體形成溫度等溫保溫，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，空冷至室溫。
球化退火將過共析碳鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫2～4h，使片狀滲碳體發(fā)生不完全溶解斷開成細(xì)小的鏈狀或點狀，彌散分布在奧氏體基體上，在隨后的緩冷過程中，或以原有的細(xì)小的滲碳體質(zhì)點為核心，或在奧氏體中富碳區(qū)域產(chǎn)生新的核心，形成均勻的顆粒狀滲碳體
均勻化退火（擴散退火）將工件加熱到1100℃左右，保溫10～15h，隨爐緩冷到350℃，再出爐空冷。工件經(jīng)均勻化退火后，奧氏體晶粒十分粗大，必須進(jìn)行一次完全退火或正火來細(xì)化晶粒，消除過熱缺陷.
去應(yīng)力退火將工件隨爐緩慢加熱到500～650℃，保溫，隨爐緩慢冷卻至200℃出爐空冷。主要用于消除加工應(yīng)力。
再結(jié)晶退火將材料加熱至再結(jié)晶溫度以上，保溫后緩慢冷卻的工藝方法。
完全退火用于亞共析碳鋼和合金鋼的鑄、鍛件；等溫退火用于奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼；球化退火用于共析鋼、過共析鋼和合金工具鋼；均勻化退火用于高質(zhì)量要求的優(yōu)質(zhì)高合金鋼的鑄錠和成分偏析嚴(yán)重的合金鋼鑄件；去應(yīng)力退火用于鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件及機加工件；再結(jié)晶退火主要用于去除加工硬化。2、正火：
將亞共析碳鋼加熱到Ac3以上30～50℃，過共析碳鋼加熱到Accm以上30～50℃，保溫，空氣中冷卻的方法稱為正火。適用于碳素鋼及中、低合金鋼，因為高合金鋼的奧氏體非常穩(wěn)定，即使在空氣中冷卻也會獲得馬氏體組織。對于低碳鋼、低碳低合金鋼，細(xì)化晶粒，提高硬度（140～190HBS），改善切削加工性能；對于過共析鋼，消除二次網(wǎng)狀滲碳體，有利于球化退火的進(jìn)行。（2）殘留應(yīng)力退火一般機械製品於加工面總是免不了會有殘留應(yīng)力的存在，若製品未經(jīng)適當(dāng)應(yīng)力退火處理，在不當(dāng)?shù)谋┞鹅稛嵩础蠢珀柟、熱引擎等〉下，會產(chǎn)生變形的現(xiàn)象，另外由殘餘應(yīng)力經(jīng)常識高度集中在某一局部區(qū)域，例如表面，焊接區(qū)等，因此會局部降低製品的機械強度。為避免這些問題，我們必須採用殘餘應(yīng)力退火處理。此處理是將製品緩慢而均勻的加熱至一低於向變化點之溫度，然后至於此溫度一段時間，在緩慢而均勻的逐步冷卻下來，在此過程中最重要的是必須保持製品個區(qū)域之冷卻速度相同，否則冷卻后，由於各區(qū)冷卻速率的差異，會再度造成殘餘應(yīng)力的出現(xiàn)。此點對復(fù)雜形狀之製品尤其嚴(yán)重。由於一應(yīng)力退火乃是利用原子在高溫有微小潛變的現(xiàn)象，來重組原子位置以消除應(yīng)力的存在。因此材料支應(yīng)力退火溫度隨著材料之高溫潛變能力不同而有所變化。一般對耐潛變之材料。例如低合金鋼平常所用之退火溫度為595~675℃，但高鉻合金鋼則在900~1065℃。我們可視情況需要，利用較低的溫度與較長的時間，達(dá)到與短時間，高溫度下處理相同效果支應(yīng)力消除。去應(yīng)力退火處理去應(yīng)力退火熱處理主要的目的，在於清除因鍛造、鑄造、機械加工或焊接所產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，這種殘存應(yīng)力常導(dǎo)致工件強度降低、經(jīng)久變形，并對材料韌性、延展性有不良影響，因此弛力退火熱處理對於尺寸經(jīng)度要求嚴(yán)格的工件、有安全顧慮的機械構(gòu)件事非常重要的。弛力退火的熱處理程序係將工件加熱到A1點以下的適當(dāng)溫度，保持一段時間（不需像軟化退火熱處理那麼久）后，徐緩冷卻至室溫。特別需要注意的是，加熱時的速度要緩慢，尤其是大型物件或形狀復(fù)雜的工件更要特別注意，否則弛力退火的成效會大打折扣。鋼的正火將鋼加熱到臨界點（AC3、ACcm）以上，進(jìn)行完全奧氏仜化，然后在空氣中冷卻，這種熱處理工藝，稱為正火。
（一）正火工藝
正火的加熱溫度正化學(xué)成份AC3以上50-100℃；過共析鋼的加熱溫度ACcm以上30-50℃。保溫時間主要取決于工件有效厚度和加熱爐的型式，如在箱式爐中加熱時，可以每毫米有效厚度保溫一分鐘計算。保溫后的冷卻，一般可在空氣中冷卻，但一些大型工件或在氣溫較高的夏天，有時也采用吹風(fēng)或噴霧冷卻。
（二）正火后組織與性能
正火實質(zhì)上是退火的一個特例。兩者不同之處，主要在于冷卻速度較快，過冷度較快，因而發(fā)生了偽共析轉(zhuǎn)變，使組織中珠光量增多，且珠光柋的片層間距變小。應(yīng)該指出，某些高合金鋼空冷后，能獲得貝氏體或馬氏體組織，這是由于高合金鋼的過冷奧氏體非常穩(wěn)定，C曲線。
由于正火后的組織上的特點，故正火后的強度、硬度、韌性都比退火后的高，且塑性也并不降低。
正火的應(yīng)用
正火與退火相比，鋼的機械性能高，提價簡便，生產(chǎn)周期短，能耗少，故在可能條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮采用正火處理。目前的應(yīng)用如下：
1.作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理
2.改善低碳鋼和低碳合金鋼的切削加工性
3.作為中碳結(jié)構(gòu)鋼制作的較重要零件的預(yù)先熱處理。
4.消除過共析鋼中風(fēng)狀二次滲碳體，為球化退火作好組織準(zhǔn)備
5.對一些大型的或形狀較復(fù)雜的零件，淬火可能有開裂的危險進(jìn)，正火也往往代替淬火、回火處理，而作為這類零件的最終熱處理。 很*右。此時己不能稱其為正火，而稱為空淬有關(guān)。為了增加低碳鋼的硬度，可適當(dāng)提高正火溫度。鋼之退火處理退火處理一般是指將鋼升溫至某一溫度，浸置一段時間后，再以一特定速率冷卻下來之處理。主要目的是軟化鋼材。有時亦用以改變其他性質(zhì)或顯微結(jié)構(gòu)。常見的退火處理有下列幾種1. 退火溫度：在很多之應(yīng)用退火處理中，我們只注名所需之退火溫度，然后讓其在爐中冷卻即可。在進(jìn)行退火處理時，最容易造成失敗的原因是未能維持爐中溫度之均勻性。越大之爐子越有此種問題。2. 製程退火：由於材料經(jīng)過相等程度冷加工后，會有加工硬化的現(xiàn)象，以至無法做進(jìn)一步的加工。因此我們必須於製程中加入一退火步驟來消除此種不利的加工硬化現(xiàn)象。此類退火處理統(tǒng)稱為製程退火。由於我們僅是想恢復(fù)材料之柔軟性，不在乎材料之顯微及結(jié)構(gòu)內(nèi)容，故為降低加工程本，一般多採用前面所提過的次臨界退火。最常見之退火溫度在約低於Ae 11至22℃之間。至於溫度的控制只要能保持在不超過Ae 之范圍即可。3. 切削用退火：不同之顯微姊購對材料之切削性質(zhì)有很大不同的影響。例如5160鋼材，若經(jīng)球化處理則可減少切削刀具之損耗。然而對其他之鋼材，球化結(jié)構(gòu)不一定就有較佳之切削性質(zhì)。一般我們可是材料之含碳量來訂出最佳之切削用顯微結(jié)構(gòu)。4. 球化處理所的球化處理乃是在退火處理后能獲得球狀之碳化物之一種處理。一般可採用以下幾種方法得到。a. 長時間熱浸置於略低於Ae 之溫度。b. 輪番加熱及冷卻於Ae 溫度上下〈最好剛剛高於Ac 及低於Ar 〉。c. 加熱至高於Ac ，然后慢慢在爐中冷卻，或停留Ar 一長時間。d. 從一溫度剛能完全溶解碳化物冷卻下來，所有之冷卻速率須用不產(chǎn)生碳化物。然后在按a或b法升溫回去。5. 鍛件之退火處理：由於鍛件經(jīng)常接有冷成型或車型等加工步驟，退火處理一不可避免之熱處理過程。所需之退火過程必須取決於鍛件之材料及后接之製程。切削用之鍛件退火處理──若鍛件材料須有球化組織以便隨后之切削成型，我們可採用熱鍛溫度於奧斯田化溫度之上，然后在鍛后直接將鍛件出送到一具有球化處理溫度之爐內(nèi)進(jìn)行球化處理。此法可節(jié)省製作之時間與成本。冷成型用之鍛件退火處理──為方便隨后之冷成型加工，我們當(dāng)然希望鍛件越短越好。故球化處理是最好之處理。在形狀及材料條件允許下，前述之步驟為最可取之處理。在冷成型后，由於冷加工，成品之殘餘應(yīng)力應(yīng)被注意到。我們應(yīng)採取以前所討論過的應(yīng)力退火處理來消除此種情況。均勻化退火處理均勻化處理（Homogenization），是利用在高溫進(jìn)行長時間加熱，使內(nèi)部的化學(xué)成分充分?jǐn)U散，因此又稱為『擴散退火』。加熱溫度會因鋼材種類有所差異，大鋼錠通常在1200℃至1300℃之間進(jìn)行均勻化處理，高碳鋼在1100℃至1200℃之間，而一般鍛造或軋延之鋼材則在1000℃至1200℃間進(jìn)行此項熱處理。球化退火處理球化退火主要的目的，是希望藉由熱處理使鋼鐵材料內(nèi)部的層狀或網(wǎng)狀碳化物凝聚成為球狀，使改善鋼材之切削性能及加工塑性，特別是高碳的工具鋼更是需要此種退火處理。常見的球化退火處理包括：（1）在鋼材A1溫度的上方、下方反覆加熱、冷卻數(shù)次，使A1變態(tài)所析出的雪明碳鐵，繼續(xù)附著成長在上述球化的碳化物上；（2）加熱至鋼材A3或Acm溫度上方，始碳化物完全固溶於沃斯田體后急冷，再依上述方法進(jìn)行球化處理。使碳化物球化，尚可增加鋼材的淬火后韌性、防止淬裂，亦可改善鋼材的淬火回火后機械性質(zhì)、提高鋼材的使用壽命。軟化退火處理軟化退火熱處理的熱處理程序是將工件加熱到600℃至650℃范圍內(nèi)（A1溫度下方），維持一段時間之后空冷，其主要目的在於使以加工硬化的工件再度軟化、回復(fù)原先之韌性，以便能再進(jìn)一步加工。此種熱處理方法常在冷加工過程反覆實施，故又稱之為製程退火。大部分金屬在冷加工后，材料強度、硬度會隨著加工量漸增而變大，也因此導(dǎo)致材料延性降低、材質(zhì)變脆，若需要再進(jìn)一步加工時，須先經(jīng)軟化退火熱處理才能繼續(xù)加工。退火常見問題與解決技巧工件如何獲得性能優(yōu)異之微細(xì)波來體結(jié)構(gòu)？退火處理會使鋼材變軟，淬火處理會使鋼材變硬，相比較之下，如施以『正常化』處理，則可獲得層狀波來鐵組織，可有效改善鋼材的切削性及耐磨性，同時又兼具不會產(chǎn)生裂痕、變形量少與操作方便等優(yōu)點。然而正；幚硎潜容^難的一種熱處理技術(shù)，因為它採用空冷的方式冷卻，會受到許多因素而影響空冷效果，例如夏天和冬天之冷卻效果不同、工件大小對空冷速率有別、甚至風(fēng)吹也會影響冷卻速率。因此正常化處理要使用各種方法來維持均一性，可利用遮陽、圍幕、坑洞、風(fēng)扇等。正；幚砼c退火處理之差異正常化處理維加熱至A3點或Acm點以上40~60℃保持一段時間，使鋼材組織變成均勻的沃斯田體結(jié)構(gòu)后，在靜止的空氣中冷卻至室溫的熱處理程序。對亞共析鋼而言，可獲得晶粒細(xì)化的目的而擁有好的強度與韌性；對過共析鋼而言，則可防止雪明碳鐵在沃斯田鐵晶粒邊界上形成網(wǎng)狀析出，以降低材料的韌性。完全退火處理主要目的是要軟化鋼材、改善鋼材之切削性，其熱處理程序為加熱至A3點以上20~30℃（亞共析鋼）或A1點以上30~50℃持溫一段時間，使形成完全沃斯田體組織后（或沃斯田體加雪明碳體組織），在A1點下方50℃使充分發(fā)生波來體變態(tài)，獲至軟化的鋼材。另外應(yīng)力消除退火則是在變態(tài)點以下450~650℃加熱一段時間后徐徐冷卻至室溫，可消除鋼材內(nèi)部在切削、沖壓、鑄造、熔接過程所產(chǎn)生的殘留應(yīng)力。如何消除工件之殘留應(yīng)力？應(yīng)力消除退火則是在變態(tài)點以下450~650℃加熱一段時間后徐徐冷卻至室溫，可消除鋼材內(nèi)部在切削、沖壓、鑄造、熔接過程所產(chǎn)生的殘留應(yīng)力。對碳鋼而言，參考的加熱溫度為625±25℃；對合金鋼而言，參考的加熱溫度為700±25℃。持溫時間亦會有所差異，對碳鋼而言，保持時間為每25mm厚度持溫1小時；對合金鋼而言，保持時間為每25mm厚度持溫2小時，冷卻速率為每后25mm以275℃/小時以下的冷卻速率冷卻之。如何預(yù)防加熱變形？預(yù)防加熱變形的發(fā)生，最好是緩慢加熱，并實施預(yù)熱處理。一般鋼材在選擇預(yù)熱溫度時，可依下列準(zhǔn)則來選定預(yù)熱溫度：（1）以變態(tài)點以下作為預(yù)熱溫度，例如普通鋼約在650~700℃，高速鋼則在800~850℃左右。（2）以500℃左右作為預(yù)熱溫度。（3）二段式預(yù)熱，先在500℃左右作第一段預(yù)熱，保持一段時間充分預(yù)熱后，在將預(yù)熱溫度調(diào)高至A1變態(tài)點以下。（4）三段式預(yù)熱，針對含有高含量合金之大型鋼材，例如高速鋼，有時需要在1000~1050℃作第三段預(yù)熱。退火的種類和淬火一、退火的種類
1． 完全退火和等溫退火
完全退火又稱重結(jié)晶退火，一般簡稱為退火，這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時也用于焊接結(jié)構(gòu)。一般常作為一些不重工件的最終熱處理，或作為某些工件的預(yù)先熱處理。
2． 球化退火
球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具，模具所用的鋼種）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準(zhǔn)備。
3． 去應(yīng)力退火
去應(yīng)力退火又稱低溫退火（或高溫回火），這種退火主要用來消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應(yīng)力。如果這些應(yīng)力不予消除，將會引起鋼件在一定時間以后，或在隨后的切削加工過程中產(chǎn)生變形或裂紋。
二．淬火時，最常用的冷卻介質(zhì)是鹽水，水和油。鹽水淬火的工件，容易得到高的硬度和光潔的表面，不容易產(chǎn)生淬不硬的軟點，但卻易使工件變形嚴(yán)重，甚至發(fā)生開裂。而用油作淬火介質(zhì)只適用于過冷奧氏體的穩(wěn)定性比較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火。退火與正火1.鋼的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(fā)生相變或部分相變的溫度，經(jīng)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(xì)化晶粒，提高鋼的力學(xué)性能，減少殘余應(yīng)力；同時可降低硬度，提高塑性和韌性，改善切削加工性能。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(nèi)應(yīng)力，又為后續(xù)工序作好準(zhǔn)備，故退火是屬于半成品熱處理，又稱預(yù)先熱處理。
2.鋼的正火正火是將鋼加熱到臨界溫度以上，使鋼全部轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W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(wǎng)狀滲碳體，對于亞共析鋼正火可細(xì)化晶格，提高綜合力學(xué)性能，對要求不高的零件用正火代替退火工藝是比較經(jīng)濟的。完全退火處理完全退火處理係將亞共析鋼加熱至Ac3溫度以上30~50℃、過共析鋼加熱至Ac1溫度以上50℃左右的溫度范圍，在該溫度保持足夠時間，使成為沃斯田體單相組織（亞共析鋼）或沃斯田體加上雪明碳體混合組織后，在進(jìn)行爐冷使鋼材軟化，以得到鋼材最佳之延展性及微細(xì)晶粒組織。鑄鐵之弛力退火處理幾乎所有的鑄件在冷卻過程中都會產(chǎn)生熱應(yīng)力，在熱處理過程中，特別正；幚砗屯嘶鹛幚碇缶鶗蓛(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力發(fā)生的主要原因在於鑄件的內(nèi)部肉厚不同，在急速冷卻過程中由於熱降的差異發(fā)生，肉厚不同會使每一個不分的收縮各異，因而引起了所謂內(nèi)應(yīng)力，冷的部分具有較高的潛變長度，而熱的部分其長度較低，故熱的部分就會在冷的部分收縮后形成熱點造成部份的變形，變形部分之強度，隨著變形度的增加而提高，最后再不能進(jìn)一步變形時，鑄件內(nèi)部形成某種程的彈性應(yīng)力，甚至塑性應(yīng)變，即為內(nèi)應(yīng)力，此應(yīng)力幾乎可高達(dá)與抗拉強度等值，一且由於任何外在的原因使局部應(yīng)力超過抗拉強度的時候，此類鑄件很容易因而造成破裂，熱處理是消除內(nèi)應(yīng)力最重要的一種方法，主要程序是升高溫度，令所有鑄建在非常均勻而緩慢的情況下，加熱及冷卻。退火溫度的高低，主要視鑄件的組成部分，以及必須消的強度量而定，甚至必須考慮組織的可能變化，最適合的退火溫度可大致歸納如下：對非合金性的鑄鐵而言，約在500~575℃之間，對於低筋性的鑄鐵而言，大約在550~600℃之間，對高合金鑄鐵而言則在600~650℃之間，爐內(nèi)的溫度分布，必須儘可能的均勻以避免存在溫度梯度，不論任何情況下，用於退火的火焰或熱氣體，不能直接噴向鑄件，以避免在加熱的時候，薄壁的部分在次引起熱應(yīng)力，而增加殘留應(yīng)力的存在量，進(jìn)而引起破裂，在到達(dá)退火溫度后的第一小時內(nèi)大部分的內(nèi)應(yīng)力均會消除，則視鑄件的厚薄而定，一般而言鑄件厚度每增加25mm必須增加一小時的退火時間。鑄鐵之軟化退火處理灰鑄鐵與球狀石墨鑄鐵軟化退火，事實上是一種針對碳化物分解的熱處理，對非合金性及低合金鑄鐵而言，鐵碳所形成的碳化物并非是一種穩(wěn)定相，在高溫中經(jīng)過一段足夠長的時間，碳化物分解成為石墨、肥力鐵或沃斯田鐵，此類分解過程就是一般所謂的軟化熱處理，同時也是製造展性鑄鐵的主要程序，灰鑄鐵裡的碳化物主要分兩類，第一類是在凝固過程中形成的共晶碳化物(Eutectic Carbide)，一般稱之為自由碳化物(Free Carbide)。軟化處理主要分成兩個步驟，及第一段石墨化及第二段石墨化，共晶碳化物之分解為第一段石墨化，波來鐵分解為肥力鐵與石墨之步驟為第二段石墨化。圖2-2所示為軟化處理時間-溫度曲線，如果波來鐵分解時予以非常緩慢的冷卻，則同時可達(dá)到弛力退火的效果。第一段石墨化處理的目的在於消除共晶雪明碳鐵，因此當(dāng)灰鑄鐵或者球狀石墨鑄鐵，再凝固過程中，石墨形成不完全，大部分都會形成共晶雪明碳鐵，在鑄件的角落和銳邊處，由於冷卻速率較快，或以金屬模鑄造時激冷效果均會產(chǎn)生共晶雪明碳鐵，另當(dāng)硅的含量不夠，或接種的處理不良都會產(chǎn)生硬點，或形成碳化物，如果鑄鐵內(nèi)具碳化物的穩(wěn)定元素，儒Cr、V或太高之錳含量時，也會形成相同的結(jié)果，如果是由於成分的配合不恰當(dāng)，晶界形成。十、回火介紹（1）鋼的回火
回火是將淬火鋼重新加熱到A1以下某一溫度，保溫，然后冷卻的熱處理工藝。回火決定了鋼在使用狀態(tài)的組織和性能。回火的目的是為了穩(wěn)定組織，消除淬火應(yīng)力，提高鋼的塑性和韌性，獲得強度、硬度和塑性、韌性的適當(dāng)配合，滿足各種工件不同的性能要求。
根據(jù)回火溫度可將鋼的回火分為三類。1、低溫回火（150～250℃）
低溫回火后的組織為回火馬氏體，它是由過飽和的α相和與其共格的ε-Fe2.4C組成。其形態(tài)仍保留淬火馬氏體的片狀或板條狀。
低溫回火的主要目的是保持淬火馬氏體的高硬度（58～62HRC）和高耐磨性，降低淬火應(yīng)力和脆性。它主要用于各種高碳鋼的刃具、量具、冷沖模具、滾動軸承和滲碳工件。
2、中溫回火（350～500℃）
中溫回火后的組織為回火托氏體，它是由尚未發(fā)生再結(jié)晶的針狀鐵素體和彌散分布的極細(xì)小的片狀或粒狀滲碳體組成，其形態(tài)仍為淬火馬氏體的片狀或板條狀。
中溫回火的主要目的是為了獲得高的屈強比，高的彈性極限，高的韌性，回火托氏體的硬度為35～45HRC。中溫回火主要用于處理各種彈簧、鍛模。
3、高溫回火(500～650℃)
高溫回火后的組織為回火索氏體，它是由已再結(jié)晶的鐵素體和均勻分布的細(xì)粒狀滲碳體組成。由于鐵素體發(fā)生了再結(jié)晶失去了原來淬火馬氏體的片狀或板條狀形態(tài)，呈現(xiàn)為多邊形顆粒狀，同時滲碳體聚集長大。（2）回火常見問題和解決技巧100℃熱水回火之優(yōu)點低溫回火常使用180℃至200℃左右來回火，使用油煮回火。其實若使用100℃的熱水來進(jìn)行回火，會有許多優(yōu)點，包括：100℃的回火可以減少磨裂的發(fā)生；100℃回火可使工件硬度稍增，改善耐磨性；100℃的熱水回火可降低急速加熱所產(chǎn)生裂痕的機會；進(jìn)行深冷處理時，降低工件發(fā)生深冷裂痕的機率，對殘留沃斯田體有緩衝作用，增加材料強韌性；工件表面不會產(chǎn)生油焦，表面硬度稍低，適合磨床研磨加工，亦不會產(chǎn)生油煮過熱乾燒之現(xiàn)象。二次硬化之高溫回火處理對於工具鋼而言，殘留應(yīng)力與殘留沃斯田體均對鋼材有著不良的影響，浴消除之就要進(jìn)行高溫回火處理或低溫回火。高溫回火處理會有二次硬化現(xiàn)象，以SKD11而言，530℃回火所得鋼材硬度較200℃低溫回火稍低，但耐熱性佳，不會產(chǎn)生時效變形，且能改善鋼材耐熱性，更可防止放電加工之加工變形，益處甚多。在300℃左右進(jìn)行回火處理，為何會產(chǎn)生脆化現(xiàn)象？部分鋼材在約270℃至300℃左右進(jìn)行回火處理時，會因殘留沃斯田體的分解，而在結(jié)晶粒邊界上析出碳化物，導(dǎo)致回火脆性。二次硬化工具鋼當(dāng)加熱至500℃~600℃之間時才會引起分解，在300℃并不會引起殘留沃斯田體的分解，故無300℃脆化的現(xiàn)象產(chǎn)生；鼗甬a(chǎn)生之回火裂痕以淬火之鋼鐵材料經(jīng)回火處理時，因急冷、急熱或組織變化之故而產(chǎn)生之裂痕，稱之為回火裂痕。常見之高速鋼、SKD11模具鋼等回火硬化鋼在高溫回火后急冷也會產(chǎn)生。此類鋼材在第一次淬火時產(chǎn)生第一次麻田散體變態(tài)，回火時因淬火產(chǎn)生第二次麻田散體變態(tài)（殘留沃斯田體變態(tài)成麻田散體），而產(chǎn)生裂痕。因此要防止回火裂痕，最好是自回火溫度作徐徐冷卻，同時淬火再回火的作業(yè)中，亦應(yīng)避免提早提出回火再急冷的熱處理方式；鼗甬a(chǎn)生之回火脆性可分為300℃脆性及回火徐冷脆性兩種。所謂300℃脆性係指部分鋼材在約270℃至300℃左右進(jìn)行回火處理時，會因殘留沃斯田體的分解，而在結(jié)晶粒邊界上析出碳化物，導(dǎo)致回火脆性。所謂回火徐冷脆性係指自回火溫度（500℃~600℃）徐冷時出現(xiàn)之脆性，Ni-Cr鋼頗為顯著；鼗鹦炖浯嘈，可自回火溫度急冷加以防止，根據(jù)多種實驗結(jié)果顯示，機械構(gòu)造用合金鋼材，自回火溫度施行空冷，以10℃/min以上的冷卻速率，就不會產(chǎn)生回火徐冷脆性。高週波淬火常見之問題高週波淬火處理常見的缺陷有淬火裂痕、軟點及剝離三項。高週波淬火最忌諱加熱不均勻而產(chǎn)生局部區(qū)域的過熱現(xiàn)象，諸如工件銳角部位、鍵槽部位、孔之周圍等均十分容易引起過熱，而導(dǎo)致淬火裂痕的發(fā)生，上述情形可藉由填充銅片加以降低淬火裂痕發(fā)生的可能性。另外高週波淬火工件在淬火過程不均勻，會引起工件表面硬度低的缺點，稱之為軟點，此現(xiàn)象係由於高週波淬火溫度不均勻、噴水孔阻塞或孔的大小與數(shù)目不當(dāng)所致。第三種會產(chǎn)生的缺失是表面剝離現(xiàn)象，主要原因為截面的硬度變化量大或硬化層太淺，因此常用預(yù)熱的方式來加深硬化層，可有效防止剝離現(xiàn)象。不銹鋼為何不能在500℃至650℃間進(jìn)行回火處理？大部分的不銹鋼在固溶化處理后，若在475℃至500℃之間長時間持溫時，會產(chǎn)生硬度加大、脆性亦大增的現(xiàn)象，此稱之為475℃脆化，主要原因有多種說法，包括相分解、晶界上有含鉻碳化物的析出及Fe-Cr化合物形成等，使得常溫韌性大減，且耐蝕性亦甚差，一般不銹鋼的熱處理應(yīng)避免常時間持溫在這個溫度范圍。另外在600℃至700℃之間長時間持溫，會產(chǎn)生s相的析出，此s相是Fe-Cr金屬間化合物，不但質(zhì)地硬且脆，還會將鋼材內(nèi)部的鉻元素大量耗盡，使不銹鋼的耐蝕性與韌性均降低。為何會產(chǎn)生回火變形？會產(chǎn)生回火變形的主要原因為回火淬火之際產(chǎn)生的殘留硬力或組織變化導(dǎo)致，亦即因回火使張應(yīng)力消除而收縮、壓應(yīng)力的消除而膨脹，包括回火初期析出e碳化物會有若干收縮、雪明碳鐵凝聚過程會大量收縮、殘留沃斯田鐵變態(tài)成麻田散鐵會膨脹、殘留沃斯田鐵變態(tài)成變韌鐵會膨脹等，導(dǎo)致回火后工件的變形。防止的方法包括：（1）實施加壓回火處理；（2）利用熱浴或空氣淬火等減少殘留應(yīng)力；（3）用機械加工方式矯正及（4）預(yù)留變形量等方式；鼗鸫阈缘姆N類1、270℃~350℃脆化：又稱為低溫回火淬性，大多發(fā)生在碳鋼及低合金鋼。2、400℃~550℃脆化：通常構(gòu)造用合金鋼再此溫度范圍易產(chǎn)生脆化現(xiàn)象。3、475℃脆化：特別指Cr含量超過13%的肥粒鐵系不銹鋼，在400℃至550℃間施以回火處理時，產(chǎn)生硬度增加而脆化的現(xiàn)象，在475℃左右特別顯著。4、500℃~570℃脆化：常見於加工工具鋼、高速鋼等材料，在此溫度會析出碳化物，造成二次硬化，但也會導(dǎo)致脆性的提高。（3）合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響
淬火合金鋼進(jìn)行回火時，其組織轉(zhuǎn)變與碳鋼相似。但由于合金元素的加入，使其在回火轉(zhuǎn)變時具有如下特點：
1、提高淬火鋼的回火穩(wěn)定性 淬火鋼在回火時，抵抗強度、硬度下降的能力稱為回火穩(wěn)定性。
2、產(chǎn)生二次硬化 淬火合金鋼在500～600℃溫度范圍回火時，硬度升高的現(xiàn)象稱為二次硬化。
3、產(chǎn)生回火脆性 淬火合金鋼在某一溫度范圍內(nèi)回火時，出現(xiàn)沖擊韌度劇烈下降的現(xiàn)象，稱為回火脆性。（4）鑄鐵的回火與淬火所謂淬火是將材料自奧氏體區(qū)域的溫度非？斓乃俾蕦囟冉档鸵苑乐怪楣怏w或索氏體的形成，自奧氏體區(qū)冷卻到Ms溫度由於時間太短碳元素不會發(fā)生擴散，基本直接轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，此組織非常堅硬但也相當(dāng)脆，可以回火方式令其變軟，以提高韌性，因此經(jīng)過不同溫度回后，可以獲得不同硬度、強度及韌性的組合。而有所謂的恆溫淬火或熱溶淬火，即在鹽浴和金屬浴內(nèi)進(jìn)行淬火，造成中間相或變韌鐵的組織，在鑄鐵中常進(jìn)行淬火和回火處理的是球狀石墨鑄鐵，對灰鑄鐵而言，較無特殊意義，最多在要提高灰鑄鐵的磨耗強度時才會考慮進(jìn)行淬火處理，事實上此結(jié)果可藉表面處理達(dá)成。對球狀石墨鑄鐵而言，經(jīng)過淬火回火的處理后，可以獲得與鑄造或正；幚硐嗤膹姸，但具有更高的屈服強度，結(jié)果獲得較大彈性，特別是的得到較高韌性，因為經(jīng)淬火、回火后，基地上含有較高碳，同時在這種情況下要比含有貝氏組織時容易進(jìn)行表面硬化處理。若在空氣中冷卻，非合金性及低合金性鑄鐵之硬化能力不夠高，因此必須在某些液體中進(jìn)行淬火，為了避免淬火時發(fā)生熱裂，使用的淬火液最好是油或某種懸浮液而應(yīng)避免使用水，淬火時鑄件內(nèi)部會形成溫度梯度，同時由于時間的差異，隨著馬氏體的形成所引起的體積變化率亦不相同，同時鑄件內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力隨之增加，很容易形成熱裂或者在鑄件內(nèi)形成很高的內(nèi)應(yīng)力，在這種情形下，應(yīng)將油浴的溫度提高至50~100℃之間，藉此可以避免應(yīng)力的形成，對於壁厚差較大的鑄件而言，特別要小心地將較厚的部分，首先伸向淬火液，如此可減少較薄部分所受的熱應(yīng)力，同時油液內(nèi)的油，必須加以攪拌，或令其流動，或?qū)㈣T件在淬火液內(nèi)不停的晃動。鑄鐵的淬火溫度應(yīng)在820~920℃之間，一般工廠最常使用的溫度是在850~900℃之間。當(dāng)淬火溫度太低時，會造成含碳量較低之奧氏體，經(jīng)過淬火后較軟，同時所形成馬氏體的強度亦較低，相反如果淬火溫度太高，奧氏體內(nèi)含碳量過高，淬火時發(fā)生熱裂的危險性增高，形成殘留奧氏體的機會亦變大。淬火后之鑄鐵實際上脆性甚高，同時含過高之內(nèi)應(yīng)力，為了改進(jìn)其硬性及韌性必須在經(jīng)過回火處理，其處理程序與鋼相似，加熱速率應(yīng)低於100℃/小時，回火溫地應(yīng)在450~600℃之間，回火時間大約是4小時，回火時間太長或溫度過高，會是強度及硬度下降很多，但可提高彈性，在較低之溫度經(jīng)較長的時間進(jìn)行回火，可造成相當(dāng)均勻之回火效果，同時整個鑄件之特性分布亦甚均勻，為了防止內(nèi)應(yīng)力的再發(fā)生，尤其對於復(fù)雜的鑄件，回火后應(yīng)緩慢冷卻至200℃以下。
