金屬熱處理工藝中的“四把火”：退火、正火、淬火、回火知識講解

在金屬冶煉過程中，同樣的原材料配比，采用不同的熱處理工藝，會得到組織結構和物理性能各異的産品，導緻在直讀光譜儀上測試時得到不同的測試結果。所以在用直讀光譜儀測樣時，一般建議用戶使用對應的标樣進行類型校準。

通過學習熱處理中最為典型的“四把火”工藝，我們可以大緻了解樣品中的組織結構和物理性能差異。

熱處理工藝過程

一、退火

将鋼加熱到一定溫度并保溫一段時間，然後使它随爐緩慢冷卻的熱處理方法，稱為退火。退火得到的組織通常是珠光體和鐵素體。退火的目的，是為了消除組織缺陷，改善組織使成分均勻化，細化晶粒，提高鋼的力學性能，減少殘餘應力。同時，退火可降低硬度，提高塑性和韌性，改善切削加工性能。退火可以消除和改善前道工序遺留的組織缺陷和内應力，大多屬于半成品熱處理，或稱作預備熱處理。

退火絲是利用退火工藝生産典型金屬制品，如下圖。退火絲是用低碳鋼冷拔、加熱、恒溫、保溫等工藝而成的一種軟質鐵絲産品。鐵絲按用途不同，成分也不一樣。将熾熱的金屬坯軋成6.5mm粗的鋼條也就是盤條，再将其放入拉絲裝置内拉成不同直徑的線，并逐步縮小拉絲盤的孔徑，進行冷卻、退火、塗鍍等加工工藝制成各種不同規格的鐵絲。

退火絲

二、正火

正火是将鋼加熱到某溫度以上，使鋼全部轉變為均勻的奧氏體，然後在空氣中自然冷卻的熱處理方法，得到的組織通常是索氏體。它能消除過共析鋼的網狀滲碳體，對亞共析鋼正火可細化晶粒，提高綜合力學性能。

正火與退火的不同點是正火冷卻速度比退火冷卻速度更快，因而正火組織要比退火組織更細小一些，其力學性能也有所提高。

正火主要應用于：①低碳鋼。正火後硬度略高于退火，韌性也較好，可作為切削加工的預處理;②中碳鋼。可代替調質處理作為最後熱處理;③工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼等。可以消降或抑制網狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織;④鑄鋼件。可以細化鑄态組織，改善切削加工性能;⑤大型鍛件。可作為最後熱處理，從而避免淬火時較大的開裂傾向;⑥球墨鑄鐵。使硬度、強度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機、柴油機的曲軸、連杆等重要零件。

大型鍛件正火圖

三、淬火

淬火是将鋼加熱到某溫度以上，保溫一段時間，然後很快放入淬火冷卻介質中，使其溫度驟然降低，以大于臨界冷卻速度的降溫條件急速冷卻，而獲得以馬氏體或下貝氏體為主的不平衡組織的熱處理方法。淬火能提高鋼的強度和硬度，但要降低其塑性。常用的淬火冷卻介質有水、油、堿水和鹽類溶液等。

淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工具、模具、量具及要求表面耐磨的零件，如齒輪、軋輥、滲碳零件等。另外，淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學性能，如淬火使用磁鋼增強其鐵磁性、不鏽鋼提高其耐蝕性等。

表面淬火常用的方法有感應淬火和火焰淬火，如下圖。

感應加熱淬火示意圖和實物圖

火焰淬火示意圖和實物圖

四、回火

将已經淬火的鋼重新加熱到一定溫度，再用一定方法冷卻的熱處理方法稱為回火。其目的是消除淬火産生的内應力，降低硬度和脆性，以取得預期的力學性能。根據回火溫度的不同，可将回火分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。

(1)低溫回火(150-250℃)

低溫回火所得組織為回火馬氏體，其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内應力和脆性，以免使用時崩裂或過早損壞。它主要用于各種高碳的切削刃具、量具、沖模、滾動軸承以及滲碳件等，回火後硬度一般為60HRC左右。

(2)中溫回火(350-500℃)

中溫回火的目的是獲得高的屈服強度、彈性極限和較高的韌性。因此，它主要用于各種彈簧和熱作模具的處理，回火後硬度一般為45HRC左右。

中溫回火的彈簧

(3)高溫回火(500-650℃)

習慣上将淬火加高溫回火相結合的熱處理稱為調質處理，其目的是獲得強度、硬度、塑性和韌性都較好的綜合力學性能。因此，廣泛用于汽車、拖拉機、機床等的重要結構零件，如連杆、螺栓、齒輪及軸類等。回火後硬度一般為260HBW左右。