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机械加工中常用金属材料的工艺性能与热处理 一、 常见金属材料的性能 金属材料在机械制造和造船工业中占有相当大的部分，在船舶中可达90%以上。充分了解和掌握金属材料的性能，充分发挥材料的潜力，合理使用金属材料。提高产品质量。优良的机械性能金属材料具有性能 优良的工艺性能优良的物理性能 这些性能的优劣取决于金属材料的成分和内部组织结构。而利用热处理改善金属材料的组织结构满足一定的性能要求。值此科学地处理好金属材料的性能，内部结构与热处理相关联的问题就具有极大的意义。1、 金属材料的机械性能 机械性能：是指金属材料在外力作用下表现的抵抗能力。它包括：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等。 金属材料所制零件在加工和使用过程中根据载荷性质的不同有静载荷，冲击载荷、交变载荷。而根据载荷对金属材料的作用方式不同，又可分为拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲等。 在工程设计上材料的机械性能数据一般是以该材料制成的试样进行机械性能试验测得的，以表明材料的性能高低。材料的强度与塑性一般都是通过静拉伸试验测得。 拉伸试样 拉伸后试样L0=10d0 L0=5d0 d0=10mm D=20mm h=15mm拉伸曲线图缓缓地在试样两端施加拉力，随着轴向拉力的增加、试样不断地弹性伸长过渡到塑性伸长直到断裂。这样得到如图所示的外力变形量曲线，使之反映材料的性能（强度与型性），将载荷值除以试样的载面积，即采用强度：金属材料对外力作用所引起的变形或断裂的抵抗能力。比例极限：oa段是直线应力与应变成正比例，相对于a点的应力为比例极限，在这范围内，材料处于弹性变形阶段。弹性极限：ab段还属于弹性变形阶段，变形的速度加快，应变与应力不再成正比例，上二者数值极为接近，实践中不将二者加以严格区分。屈服极限（屈服强度）：过了b点后材料进入塑性变形阶段，到了C点曲线上出现了近于水平的线段，此时应力几乎没有变化或变化很小但变形却显著增加，好象材料屈服于载荷而自行伸长，这一现象称为屈服现象。出现屈服现象的应力称作屈服极限，以表示。如果没有明显的屈服现象当试样的残余变形量相当于试样原长的0.2%时的应力称作屈服极限并以表示。抗拉强度（强度极限）：当应力超过屈服点外力继续增加试样就不断增长，一直到试样产生明显的局部变形（即缩颈）时应力达到最大值，此时以后，试样截面积急剧缩小，直到试样断裂，所以抗拉强度是指试样承受拉力载荷时，在断裂前的最大应力。用表示。 屈强比= 其比值越大，表示材料使用性能好。塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形（即塑性变形）的性能叫塑性。金属材料的塑性大小用伸长率和断面收缩率来表示。伸长率：试样断裂后的伸长长度与原来长度之比叫做伸长率，用表示： L0试样拉抻前的长度 L0=10d0时用或10 L0=5d0时，用5表示L试样受拉抻断裂后的长度（mm）值的大小可以评定材料塑性，脆性的依据，当5%时为塑性材料，值5%时为脆性材料。断面收缩率：试样断裂后的断口面积收缩量与原来截面积之比称断面收缩率（简称面缩率）通常用表示。F0试样原来截面积mm2 FK试样断裂后的截面积mm2和值越大，材料的塑性越好。硬度： 金属抵抗其他更硬物体压入其表面的能力称为硬度。 根据试验方法的不同，所得的硬度值也不一样，常用的有布氏硬度洛氏硬度和维氏硬度等。布氏硬度（HB）：从一定直径D的淬硬钢球（D为10mm、5mm或2.5mm）在规定载荷（3000、750、187.5kg力）作用下压于试件表面，保持一定时间，去除载荷后，必然在试件表面形成一凹痕，即以载荷P与压痕表面积F的比值表示其硬度值，以HB表示。 D钢球直径（mm） d压痕直径（mm） 生产中测量出压痕直径后直接查表得出HB值。金属材料越软，其压痕面积越大，布氏硬度值越低。反之则布氏硬度值越高。当材料较硬时（HB450）就不用布氏硬度测量。由于压痕成几毫米的凹面对最终的成品表面有影响，不适于测成品。对于大件的硬度测量无法用台式硬度计现用锤击式或里氏硬度计。HB值与静拉伸所得之强度极限b之间有着正比关系（经验公式）轧钢、锻钢件：b（3.43.6）HB 铸钢件：b（34）HB值，灰口铸铁：洛氏硬度：是用顶角为1200金刚石圆锥作为压印头，压入试件表面，以压痕深度来判断材料的硬度。材料越软，压痕h越深。为了测量从软到硬材料的硬度采用了不同压头和载荷的组合，生产上最常用的是A、B和C标R。HRA：压头为金刚石圆锥体，总载荷60kg力测量较薄硬化层HRB：压头为1/16直径的淬硬钢球，总载荷为100kg力，测量较软的材料的硬度。HRC：压头为金刚石圆锥体，总载荷为150kg力，多于用淬火工件的高硬度的测量。洛氏硬度测量迅速简便，可直接读数，压痕小、精确度高可测量成品。维氏硬度： 测定方法基本上是采用了布氏硬度试验法的原理，但所加载荷较小（5、10、20、30、50、100公斤等6级，压头是用相对两面夹角为136金刚石四棱锥作为压头。在载荷P的作用下，在被测金属表面上压出一对角线长度为d的方形压痕。在生产中根据测得压痕两对角线的平均值d，可以从有关表格查出维氏硬度值，d值越大，材料硬度越低。适用于测量很薄的材料和表层硬度较薄的硬度层如渗铬层、渗氮层。维氏硬度洛氏硬度冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷的能力，叫冲击韧性。冲击韧性的测量通常是在摆锤式冲击试验机上进行的。试验时利用摆锤落下击断中央有缺口的标准试样，测量此时所消耗的功，即冲击功Ak。Ak的大小就代表了材料的韧性高低。所以定义为试样冲断时所消耗的功称冲击韧性。而将冲击功与试样缺口处断面积F0的比值称作材料的冲击值，（也叫冲击韧性）以aK表示，单位焦耳（J）。现行标准去除aK值。生产中常用以鉴定材质和控制工艺质量。冲击试样在炼冶时控制钢中磷的含量，磷（P）含量增高，脆性增大。特别是冷脆性。金属材料的韧性是随着温度而改变的，特别是在低温下，ak值会显著下降而使材料呈脆性断裂。冷脆性现象。 例如：Q345钢：分为：Q345A、B、C、D、E其含磷量分别为0.045%，B为0.040%，C为0.035%，D为0.030%，E为0.025%，其温度（冲击试验）A、B常温20，C为0，D为-20，E为-40。Akv34J，Q345E为27J。疲劳强度：金属材料对交变载荷的抗力。在交变载荷作用下，其最大工作应力远低于材料在静载荷下的极限强度。但经过很多次重复作用后仍会造成零件的破断。例45#钢，经淬火550回火后静拉伸时=900mPa，但在交变弯曲载荷下应力为460mPa经过250000次反复后发生断裂。一般钢铁材料定为循环数达到107次而不断裂的最大应力为疲劳极限，这个次数为基数。有色金属，高强度钢基数为5107或者108次而不断裂的最大应力为疲劳极限。2、金属材料的尺寸效应钢材的截面大小不同时，其机械性能也会产生差异。即使给予相同的热处理，其机械性能也会产生差异，有时甚至是很大的差异。这种现象叫做钢材的尺寸效应。如Q345D低合金高强度结构钢，随着板厚而变化。板 厚（mm）1616-3535-50 470-630Mpa屈服强度（Mpa）345325295ZG42CrMo热处理工艺原则相同，都用淬火+高温回火（调质）截面尺寸mm Mpa Mpa % AKJ HB30 540 74088012 27 22026030100 490 690830 11 21 200250100150 450 690830 10 16 200250150250 400 650800 10 12 195240250400 350 650800 8 9 195240钢材的尺寸效应主要由材料的淬透性而定，对淬透性好的材料淬火时能使其整个截面全部形成马氏体而淬透，就可沿整个截面获得均匀一致的性能。相同的材料热处理工艺不同，得不同的组织获得不同的性能。以45号钢为例：（Mpa） Mpa % % ak740760 退火 珠光体 560690 400480 1822 6068 58850正火 640回火 细珠光体 700760 420480 1822 5864 69840淬火 650回火 索氏体 780850 600700 1516 6367 1416 以球墨铸铁为例QT400-17 石墨呈球状+铁素体 400Mpa =17QT500-5 石墨呈球状+珠光体 500Mpa =5 综上所叙，在设计零件并选材时，应根据零件的工作条件，损坏形式找出该零件所选材料的主要机械性能指标，通过热处理达到零件的技术要求，保证零件经久耐用，也可以归结为金属材料是讨论材料成分、内部组织构造，性能三者之间的关系。 零件服役形式 机械性能要求（、Ak HB） 组织结构（珠光体、索氏体、屈氏体、奥氏体、铁素体、莱氏体等） 选择金属材料 热处理例如：齿轮：材料45号钢、经正火本体细珠光体或索氏体，硬度为HB200左右，便于加工插齿，齿面表面淬火+回火后得回火马氏体组织，齿面硬度HRC45-50。弹簧：材料60Si2Mn 热处理后组织为下贝氏体HRC48-52 轴承：材料GCr15 热处理后组织为回火马氏体，HRC58-63铰刀：材料W18Cr4V 热处理后组织为回火马氏体，HRC63以上手工锉刀：T12高碳工具钢热处理后组织为回火马氏体，HRC62以上车床床身：材料HT20035CrMo钢热处理工艺不同得到的组织性能不一样。MPaMpaa kHB组织退火86066035322.55519179珠光体淬 火880淬 火87776922.56619.3267索氏体650回 火二、金属材料的工艺性能金属材料制造零件的基本加工方法通常有：铸造、压力加工、焊接、机械加工、热处理则是为了改善机械加工和零件得到所要求的性能而安排在有关工序之间的。 几种主要的工艺性能如下：铸造性：包括流动性、（液体金属易填满型腔得到要求的形状铸件）收缩性要小、凝固时如果收缩大，则应力大以至形成裂纹缩孔倾向就大，偏析小和吸气性极小等，避免形成气孔，疏松等。锻造性：包括可锻性（塑性与变形抗力的综合）冷镦性、要求热塑性好，受压力加工性好，不产生破裂，压力加工所需外力小。锻后冷却、抗氧化性等。焊接性：在焊接接头处，形成冷裂或热裂的倾向要小，形成气孔夹渣的倾向小等。切削加工性：即材料切削加工的难易程度，根据一定条件下刀具所能达到的切削速度，易进行切削加工，则切削时消耗动力少，切削加工性好，被加工件表面光洁度好，对刀具的使用寿命长，不易磨损刀具。热处理工艺性：包括淬硬性、淬透性、变形开裂倾向，过热敏感性、回火脆性、氧化脱碳倾向、冷脆性。 机械制造中钢制零件一般都是经过锻造或铸造，切削加工和热处理等几种加工方法，因此在选材时对材料的工艺性加以注意，在小批量的生产条件下，工艺性能的好坏并不显得突出，对某些重要产品件、如火箭、卫星、军舰中的零件，首先考虑的是材料的使用性能，可靠性。工艺加工性能处在从属地位，对于成批大量生产的条件下，工艺性能的好坏成为决定的因素。例如：某厂原试制零件用24SiMnWV钢，虽然机械性能较18CrMnTi优，但因正火后硬度较高，切削加工性较差，不能适应大量生产的要求而未被采用，而采用18CrMnTi。如普通螺钉螺母的需要量大，而机械性能的要求不太高，为了提高螺钉螺母的生产率就一定要选用切削加工性优良的钢材。所以常用易切削钢制造。汽车发动机箱体，其机械性能不高，几乎大多数一般的材料都能满足，但由于其结构复杂，制定方法的选择成了保证质量的主要问题，因此通常用铸造的方法制造箱体，工艺简单又经济。在设计零件时也要考虑热处理的工艺性，如某结构形状复杂的应选用淬透性较好的钢。其要求淬火冷却速度较慢的、油淬火的钢，它的变形较小。 一般情况下，碳钢的锻造切削加工性等工艺性能较好，其机械性能可满足一般零件工作条件的要求，因此碳钢的用途较广。但它的强度还不够高，淬透性较差。所以制造大截面，形状复杂和高强度的淬火零件常用合金钢。因为合金钢淬透性好，强度高。所谓合金钢，就是在碳钢的基础上为了达到某些特定的性能要求，在冶炼时有意加入一些元素的钢称为合金钢，如20钢为碳钢，20CrNiMo是合金结构钢，其机械性能比20钢高的多，20Cr13为不锈钢。 金属材料的加工硬化现象 加工硬化：随着变形度的增加，强度、硬度提高而塑性，韧性下降，这种现象称为加工硬化。 加工硬化现象对金属材料使用有非常重要的实际意义，提高零件的强度硬度，对金属材料的使用为有利的一方面。如自行车的链板，材料16Mn原硬度HB=150，520N/mm2，经过五次轧制其厚度由3.5mm压缩到1.2mm加工变形度为65%，这时硬度提高到HB275强度提高到1000N/mm2 加工硬化也是工件能够成型的重要因素，例如：冷拉钢丝拉过模孔的部分。由于发生了加工硬化，便不能继续变形而使变形转移尚未拉过模孔的部分。这样钢丝才可继续通过模孔而成形。钢丝的强度达3000N/mm2，利用加工硬化提高零部件的强度硬度在ZGMn13上应用很广，如挖泥船挖斗、坦克车履带。在强大的压力、擦磨下提高硬度。 在机械切削加工中也会出现加工硬化现象。对机械切削和冷变形加工常带来不利的影响。如加工耐热耐氧化不锈钢1Cr18Ni9Ti、Cr25Ni12等。在加工前的硬度极低仅有HB180左右，随着加工的深入进行硬度一直上升，可达到HB400以上，往往使加工量大的工序无法一次完成加工到位。 有实例说明：ZG42CrMo钢制电站闸门轨道最终要求轨道工作表面硬度HB300360，热处理达到该范围的上限硬度以便精加工到位后的加工余量，加工5mm后应从表面HB350降下约HB20左右使最终硬度达320330HB。而结果在没有冷却液和高速的铣加工后表面硬度达HB370390超出最终要求硬度。ZG0Cr13Ni5Mo门槽轨道，热处理后硬度HB270300。经铣削加工后轨道面硬度为HB300340。按淬硬层梯度其硬度应下降HB20左右达到要求的硬度，反之加工中上升HB30左右，使产品硬度超过要求范围不能顺利交货。 加工硬化现象对冲压件最明显，经两三次冲压，由于加工硬化，强度、硬度增高，甚至到了无法继续进行冲压加工的地步，为了成型到位继续加工，就要采取中间退火，消除应力、降低强度、硬度便于继续加工。三、材料在不同的组织性能情况下的机械加工效果 在机械制造中，绝大多数机械零件都是经过切削加工而最终成形的，因此改善钢的切削加工性对提高产品质量和生产率及降低成本具有重要意义。 衡量切削加工性的好坏，经常用材料被切削的难易程度，材料被切削后的表面光洁度以及刀具寿命等几个方面来衡量。一般情况材料的切削加工性能的好坏，与其化学成分，组织结构和机械性能有关。 低碳钢：含C量在0.25%以下时，其退火组织为铁素体和珠光体，其铁素体随着含C量的增加而减少，珠光体量随C%量增加而增加，含C量过低时，在碳钢中（退火钢）有大量柔软的铁素体，硬度较低，HB为130左右，钢的延展性，塑性非常好，导致切屑易粘附着刀刃上而形成刀瘤，同时切屑是撕裂断落，以致表面光洁度变差，刀具的寿命也受到影响。因此含碳量过低的钢，不宜在退火状态下切削加工。 随着含碳量的增加，退火钢中的珠光体量增多，铁素体量减少，钢的延展性降低，而强度、硬度增加，从而使钢的切削加工性有所改善。所以生产上含碳量0.25%C的低碳钢大多在热轧或高温正火状态或冷拔塑性变形状态进行切削加工。 对含碳在0.5%以下的中碳钢都经常用正火处理获得较多的细片状珠光体，使硬度适当提高些，使加工获得较好的表面光洁度。 对于含碳量在0.5%以上中碳钢，可采取一般退火或淬火加高温回火的调质处理，比正火处理适当降低硬度，使其容易被切削加工。 对含碳超过0.6%的高碳钢，特别是0.77%C的钢组织为珠光体和高硬度的渗碳体组成。其硬度高难以加工，为了使硬度适当降低之后再进行切削加工，通过球化退火获得球状（粒状）渗碳体（3-8级合格、4极最佳）降低硬度改善切削加工性。 实践证明：在切削加工时，为了不致发生“粘刀”现象，以适当的硬度减少刀具的严重磨损，通过不同的金相组织，控制钢的硬度范围是必要的，为了使钢具备良好的切削加工性，一般希望硬度控制在布氏硬度HB170-230。为了进一步提高表面光洁度可将硬度提高到HB300，而必须改进刀具，不宜用普通刀具。 机械加工操作种类很多，如车、铣、刨、钻、镗、拉、磨等，不同的组织不同的硬度对不同的切削加工操作的切削加工性能是不同的。具备球化组织的中碳钢，其车削加工性较好，钻削加工性属中等，而拉、插的加工较差。 常用结构钢热处理后的硬度、组织与表面光洁度的关系如下表钢号热处理类别硬度HB组 织加工表面光洁度评价20Cr正火156-179铁素体+珠光体车削、拉、插尚好20Cr调质187-207回火索氏体+珠光体车削好、拉插不良或尚好20CrMnTi正火160-207铁素体+索氏体车削好、拉插不良45正火170-230铁素体+索氏体车削、拉、插尚好45调质220-250回火索氏体+少量铁素体10%车削好、拉、插不良40Cr正火179-229索氏体+少量铁素体5%车、拉、插均良好40Cr调质230-250回火索氏体+少量铁素体车削好、拉插不良或尚好35SiMn正火187-229铁素体+索氏体车、拉、插均良好 例如：合金渗碳钢20CrMnTi齿形零件，由于含碳量低即使采用正火快冷，插齿表面光洁度也难以达到高的要求，为此，对它进行不完全淬火，得低碳马氏体和铁素体的混合物使硬度达HB=200-250插齿表面光洁度Ra可达 刀具寿命提高3-4倍。 同样高速钢铣刀，退火以后其硬度为HB207-255，在此状态下高速钢铣刀精铲加工难以达到齿形光洁度 的技术要求，后将粗铲后的铣刀经不完全淬火（880890）得到含碳量较低的马氏体和铁素体的混合物组织，使其硬度提高到了HRC3243之间，再进行精铲加工，这样铲削性能就大大提高。齿形光洁度可达 以上。铲削速度也显著提高。 对磨削加工件，希望具有良好的可磨削性能，以保证采用半自动或自动机床加工时高效率地成批生产。减少磨削中产生“烧伤”或形成磨削裂纹，在磨削后易于获得高的光洁度，钢的磨削性的好坏同样与钢的成分，组织，热处理以及材质等有密切的关系。 例如：9SiCr钢可用作量具，因溶于钢基体的Si增加钢的硬度和强度、降低钢的可磨削性，所以9SiCr钢量具在精磨后达不到象GCr15钢那样的足够光洁的表面。 CrMn钢，CrSi钢含碳量较高（11.3%C）淬火回火后最终能获得高硬度（HRC63以上）和高耐磨性。然而经常由于碳化物分布不均匀性严重，而降低其机械性能和可磨削性。在磨削过程中碳化物偏聚处可能发生剥落。钢中网状碳化物的存在，容易产生磨削裂纹并明显降低表面光洁度。 对于渗碳零件渗碳后，表面碳浓度过高，若形成了网状碳化物，经淬火后易形成较多的残余奥氏体，在磨削加工时，即使采用较小的磨削量也很难避免产生磨削裂纹。 另外发现工件硬度与磨削裂纹的形成有密切关系，硬度在HRC55以下者，虽可有产生烧伤的可能但磨裂极少，硬度在HRC60以上，即使增加1-2HRC，也会使磨削裂纹敏感性大大增加。 实践证明：正确选定热处理方法是可以有效地改善钢的可磨削性能的，例如：严格控制渗碳时表面碳浓度，使它不超过1.1%C浓度。以及消除网状碳化物，在磨削工序之间（先磨削外圆后磨削齿部），增加消除应力回火，避免应力叠加等措施，对改善钢的可磨削性能均有明显效果。四、如何利用热处理的方法改善切削加工性能 由上节实例所知，在确定零件的材料化学成分后，通过热处理方法获得合适的组织，得到相应的强度、硬度从而改善材料的切削加工性能是一个重要的途径。 对于含碳量0.25%C的低碳钢采用正火处理，细化晶粒，提高硬度、降低组织中柔性的铁素体对切削加工的不利影响。 对于含碳为0.250.5%C的碳钢件视零件的种类或截面的情况进行正火，截面稍大的进行调质处理。 对于合金结构钢进行正火+回火，或调质处理，大截面合金钢件进行调质处理，得到回火索氏体组织（细粒状珠光体）加少量的铁素体。铸锻件也经常用退火，根据具体情况进行热处理。 对含碳量0.6的高碳钢零件及合金钢零件，这些材料的零件都是要求高硬度，多数是在HRC60左右。为改善切削加工性均为过程中的热处理。根据材料的组织结构多数是用球化退火，使组织中高硬度的渗碳体呈为粒状并使整体组织的硬度降低到便于切削加工的合适硬度HB200左右。 对于材料中存在网状渗碳体较严重的加工件，必须进行消除网状组织后，再进行改善切削加工的热处理工作。 对于渗碳淬火件，为了避免磨削裂纹的产生在淬火前进行正火，细化组织，均匀成分，消除网状渗碳体，最终淬火得到均匀的马氏体+渗碳体的组织，经充分的回火后使工件避免磨削纹的产生。 综上所述，利用热处理方法改善切削加工的性能基本上对低碳钢用正火处理。对中碳结构钢和低、中碳合金结构钢用正火或调质处理。高碳钢和高碳合金钢用球化退火或不完全退火处理。对于材质中有网状碳化物者先用正火消网后退火。从切削加工的适宜硬度应控制在布氏硬度HB230-170的范围，并非硬度越低越利于切削加工。要具体情况具体分析，要满足机械性能，改善工艺性能，考虑降低成本的经济性，从改变工艺规范，调整工艺参数，改进刀具，设备，变更热处理方法等多种途径。五、钢的热处理 钢的热处理是将钢加热到一定温度，进行保温、冷却、改变其内部组织结构，达到预期要求的机械性能的工艺方法。 退火正火普通热处理 淬火 回火火焰加热感应加热热处理包括 表面淬火 表面热处理 渗碳 化学热处理 渗氮（氮化）碳氮共渗 进行钢的热处理时，更是离不开Fe-Fe3C相图。如退火、正火、淬火的加热温度都得参考Fe-Fe3C相图加以选择。铁碳合金状态图如下：铁碳合金中的基本组织铁素体（F），珠光体（P）渗碳体（Fe3C）奥氏体（A），苯氏体（Ld） 1、退火：是将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢地冷却（随炉冷到500以下）到室温，这一热处理工艺。 作用：降低钢的硬度，提高塑性能利于切削加工及冷变形加工。细化晶粒，均匀钢的组织及成分（铸件、锻压件）改善钢的性能，为以后的热处理作准备。消除钢中的残余应力。 退火可分扩散退火、完全退火、不完全退火、球化退火除应力退火等。 扩散退火是改善化学成分不均匀的一种操作一般用于合金钢铸锭和大型铸件。 完全退火多用于中碳钢（亚共析钢）的铸、锻件，改善组织，细化晶粒，降低硬度，消除应力。 工艺为：退火加热温度到AC3以上30-50保温一段时间随炉缓慢地冷却到500以下出炉空气冷却。 例如：40CrNiMoA(840-880)5CrMnMo(780-800) 不完全退火在下临界和上临界温度之间的退火。多用于（共析钢和过共析钢）高碳工具钢。如T8 T10A等 球化退火：把钢加热到AC1以上20-30保温2-4小时后冷却到AC1以下20左右，等温4-6小时然后随炉冷或空冷。球化退火主要用于高碳工具钢，合金工具钢、轴承钢等。用于降低硬度改善切削加工性。（如T10A钢球化退火后的硬度可降至HB197）也为以后的淬火作组织准备。由于高碳钢组织常为粗层片状的珠光体，与网状的渗碳体。珠光体本身硬度高，由于网状渗碳体的存在更增加了钢的硬度和脆性，这样不仅切削加工带来了困难，而且还会引起淬火时产生变形和裂纹。所以球化退火降低硬度改善组织，使渗碳体由片状改变成粒状。 除应力退火：（低温退火）主要用于消除内应力，生产中的铸造，焊接或切削加工等都会产生内应力。由于内应力的存在会使零件变形，在承受载荷时引起早期破坏。 工艺在AC1以下某一温度（一般为500650）保温一段时间后缓冷。 2、正火：将钢件加热到AC3或Acm以上3050保温后从炉中取出在空气中冷却。 正火与退火的区别为正火冷却是空气中冷却较退火的冷却速度快，得到的组织细，强度、塑性、硬度都稍有提高。对于低碳钢零件也可用最终热处理。也用于消除网状渗碳体。 3、淬火：将钢加热到AC3或AC1以上3050保温后以大于临界冷却速度冷却，使奥氏体被过冷到Ms以下转变为马氏体的工艺称为淬火。 马氏体的特点是硬度极高而脆，以此来获得钢的高硬度和耐磨性。它是为回火作组织准备，马氏体必须回火后才能应用。 淬硬性（可硬性）：是指钢在正常淬火条件下所得到马氏体组织所能达到的最高硬度。 各种材料的淬硬性是不一样的，与其化学成分有关，主要与含碳量有关。例如：35钢淬火硬度HRC45、35CrMo钢淬火后硬度HRC50、T10钢淬火硬度HRC60。 淬透性（可淬性）：钢经过淬火后能获得淬硬层深度的一种性质（能力）。淬硬层越深就表明钢的淬透性越好。如同样大截面的同种材料，如果淬硬层深度达到心部的则表明该钢全部淬透。 淬透性对钢的机械性能的影响很大，淬透性高的钢其机械性能沿截面是均匀分布的，而淬透性低的钢心部的机械性能低。a、 b图所示为淬透与未淬透的钢件经高温回火后性能沿截面分布的情况。表面 中心 表面表面 中心 表面上述可知，机械加工余量需考虑保证一定的淬硬层的深度，特别对淬透性差的淬硬层浅的而加工余量大而导致将淬硬层加工掉影响最终要求的性能。因此对易变形，长件需留加工余量大的应选淬透性好的材料。 4、回火：将淬火后的钢加热到不超过AC1临界温度保温后冷却下来的一种热处理操作。 作用：降低淬火钢的脆性。消除或减少内应力，钢淬火后存在很大的内应力，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。获得工件所要求的机械性能。淬火后硬度很高而脆，为了满足各种工件的不同性能要求，可以通过不同的回火温度配合调整。如9SiCr淬火后硬度达HRC60而用不同的温度回火可得如下硬度HRC。670回火得2530HRC 620回火可HRC30-35580回火得HRC3540 520回火可得HRC40-45380回火得HRC50-55 300回火可得HRC55-60稳定工件尺寸，淬火钢中的马氏体和残留奥氏体都是极不稳定的组织组成物会自发地向稳定的组织转变而引起工件尺寸和形状的继续改变，利用回火处理使其转变到一定程度稳定组织结构保证工件在以后的使用过程中不再发生尺寸变化。回火分为低温、中温、高温回火。以碳钢为例（T10A）在150250回火得回火马氏体。在350500的范围内回火得回火屈氏体，在500650范围内回火得回火索氏体。对中碳钢、中碳合金钢淬火后用高温回火称为调质处理，即淬火加高温回火，得到具有良好的综合机械性能的索氏体组织。对结构零件是广泛的应用。5、钢的渗碳：有一些零件，例如齿轮、凸轮等工作时受到冲击摩擦，剪、切等应力的作用，心部要求具有高的强度和韧性，表面具有高的硬度和耐磨性，这类零件如果用高碳钢制造经淬火后虽然容易达到高的硬度，但心部韧性不够；如果用低碳钢制造，虽韧性足够，但淬火后表面硬度不够，为解决这一矛盾，则可将低碳钢制造的零件进行表面渗碳处理。渗碳就是将工件放在渗碳介质中，加热至900950的高温，利用渗碳介质在高温下发生分解所产生的活性碳原子渗入工件表面，渗碳零件常采用含碳量为0.10.25%的低碳钢或低碳合金钢制造。渗碳层深度一般在0.52毫米范围，渗碳层的含碳量0.61.1%为宜，含碳量过高渗碳层中易出现大块的网状碳化物，不仅使该层的机械性能下降，而且易使渗碳层在工作时剥落。若含碳量过低，则淬火后硬度低，使用中耐磨性差。渗碳法有气体渗碳，固体渗碳法，现多用气体渗碳法。气体渗碳法是将配制好的渗碳气体或渗碳剂（煤油、苯、甲醇等有机液体）滴入渗碳炉内。分解出活性的碳原子。2COCO2+C CO+H2C+H2OCnH2nnH2+nC活性碳原子被工件表面吸收。在保温过程中向工件一定的深度扩散形成一定渗碳层。达到一定的碳浓度。 渗碳件根据一定的性能要求进行淬火和回火，其表面达到针状回火马氏体及二次渗碳体，其表面硬度为HRC5863，心部组织随钢的淬透性而定。如15、20钢心部硬度仅为HRC15左右。20CrMnTi钢心部可达HRC35左右，具有足够高的强度和韧性。