什么是热处理？
热处理是指将材料在固态下加热、绝缘和冷却以获得预期的组织和性能的金属热加工过程。金属热处理工艺大致可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。同一金属采用不同的热处理工艺，可以获得不同的结构，从而具有不同的性能。
工艺特点
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不会改变工件的形状和整体化学成分，而是改变工件表面的化学成分，提高工件的性能。它的特点是提高了工件的内在质量，这通常是肉眼看不到的。
为了使金属工件具有所需的机械性能、物理性能和化学性能，除了合理选择材料和各种成型工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢是机械工业中使用最广泛的材料，钢的微观组织复杂，可以通过热处理来控制，因此钢的热处理是金属热处理的主要内容。
此外，铝、铜、镁、钛及其合金还可以通过热处理改变其机械、物理和化学性能，从而获得不同的性能。
工艺步骤
- 正火：正火是工件在空气中冷却后加热到合适的温度，正火效果类似于退火，但得到的组织更精细，常用于提高材料的切削性能，有时用于一些要求不高的零件作为最终热处理。
- 淬火：淬火是将工件加热并保持，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬火介质中快速冷却。淬火后，钢变硬，但同时变脆，为了及时消除脆性，一般需要及时回火。
- 回火：为了降低钢的脆性，将可淬火钢在室温以上和650°C以下的适当温度下长期保温，然后冷却，这个过程称为回火。
- 回火：是指对钢或钢件进行调质的复合热处理工艺。用于回火的钢称为回火钢。一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。
- 化学热处理：是指将金属或合金工件置于一定温度下的活性介质中保温，使一种或几种元素进入其表面，以改变其化学成分、组织和性能的热处理过程。
- 常见的化学热处理工艺有：渗碳、氮化、碳氮共渗、镀铝、硼化等。化学热处理的目的是提高钢表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、疲劳强度和抗氧化性。
- 固溶处理：是指将合金加热到高温单相区域以保持恒定温度，使多余的相充分溶解到固溶体中，然后迅速冷却，得到过饱和固溶体的热处理过程。固溶处理的目的主要是提高钢和合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理做准备。
- 沉淀硬化（precipitation strengthening）：是指金属在过饱和固溶体溶质原子偏析区和（或）通过溶解分散在基体中的颗粒而导致硬化的一种热处理过程。如奥氏体沉淀不锈钢经过固溶处理或冷加工后，在400~500°C或700~800°C进行沉淀硬化处理，可获得较高的强度。
- 时效处理：是指合金工件经过固溶处理、冷塑性变形或铸造、锻造，置于较高温度或室温维持下，其性能、形状、尺寸随时间变化的热处理过程。
- 如果工件加热到更高的温度，并且老化过程使用时间较长，则称为人工时效处理。如果工件长时间置于室温或自然条件下，则时效现象称为自然时效处理。时效处理的目的是消除工件的内应力，稳定结构和尺寸，提高机械性能。
- 临界直径（临界针入直径）：临界直径是指钢在一定介质中淬火后，当中心变为全部马氏体或50%马氏体组织时的最大直径，某些钢的临界直径一般可以通过在油或水中进行淬透性试验来获得。
- 二次硬化：一些铁碳合金（如高速钢）在进一步提高其硬度之前必须经过多次回火。这种硬化现象称为二次硬化，是由于特殊碳化物的沉淀和/或由于参与奥氏体向马氏体或贝氏体的转变。
- 回火脆性：是指硬化钢在一定的温度间隔内回火或通过温度区间从回火温度缓慢冷却的脆化现象。回火脆性可分为第一种回火脆性和第二种回火脆性。第一种回火脆性又称不可逆回火脆性，主要发生在回火温度为250~400°C时，再加热脆性消失后，在此区间内反复回火，不再出现脆性，第二种回火脆性又称可逆回火脆性，温度为400~650°C，再加热后脆性消失时，应迅速冷却，不能长时间停留在400~650°C范围内或缓慢冷却，否则会再次发生催化现象。回火脆性的发生与钢中所含的合金元素有关，如锰、铬、硅、镍会产生回火脆性倾向，而钼、钨会减弱回火脆性倾向。
工艺流程
热处理过程一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程是相互联系和不间断的。
加热是热处理的重要工作之一。金属热处理的加热方法很多，最早的是使用木炭和煤作为热源，最近应用了液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，并且没有环境污染。这些热源可用于直接加热，或通过熔盐或金属，甚至漂浮的颗粒间接加热。当金属加热时，工件暴露在空气中，经常发生氧化和脱碳（即钢件的表面含碳量降低），这对热处理后零件的表面性能有非常不利的影响。因此，金属通常应在可控气氛或保护气氛、熔盐和真空中加热，也可以通过涂层或包装方法进行保护。加热温度是热处理过程的重要参数之一，加热温度的选择和控制是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的而变化，但一般加热到相变温度以上以获得高温组织。此外，转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到所需的加热温度时，也必须在此温度下保持一定时间，使内外温度一致，使微观组织完全转变，这段时间称为保温时间。当采用高能量密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般没有保温时间，化学热处理的保温时间往往较长。
冷却也是热处理过程中必不可少的步骤，冷却方法根据工艺的不同而不同，主要是控制冷却速度。通常，退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，火的冷却速度较快。但是，由于钢的类型不同，有不同的要求，例如，空气硬钢可以用与正火相同的冷却速度进行硬化
进程分类
金属热处理工艺大致可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质的加热温度和冷却方式的不同，每类可分为几种不同的热处理工艺。同一金属采用不同的热处理工艺，可以获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢是工业上应用最广泛的金属，钢的显微组织也是最复杂的，因此钢的热处理工艺种类繁多，整体热处理是对工件进行整体加热，然后以适当的速度冷却，以获得所需的金相组织，改变其整体机械性能的金属热处理工艺。钢的整体热处理有四个基本过程：退火、正火、火和回火。
退火的类型
退火是将工件加热到合适的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺
钢的退火工艺有很多种，按加热温度可分为两类：一是临界温度以上（Ac1或Ac3）以上的退火，又称相变再结晶退火，包括完全退火、不完全退火、球化退火和扩散退火（均质退火）;另一种是临界温度以下的退火，包括再结晶退火和应力消除退火。根据冷却方法，退火可分为等温退火和连续冷却退火。
•完全退火和等温退火
完全退火和称量结晶退火，一般称为退火，它是将钢或钢加热到Ac3在20~30°C以上足够长的时间，使组织在缓慢冷却后完全奥氏体化，以获得接近组织平衡的热处理过程。这种退火主要用于各种碳钢和具有亚共析成分的合金钢、锻件和热轧型材的铸造，有时也用于接头结构。通常用作一些非重型零件的最终热处理，或作为某些工件的预热处理。
球化退火主要用于过共析碳钢和合金工具钢（如制造刀具、量具和模具的钢）。其主要目的是降低硬度，提高机械加工性，为以后的淬火做准备。
•球化退火
淬火时，最常用的冷却介质是盐水、水和油。
盐水淬火工件，容易获得高硬度和光滑的表面，不易产生不硬的软点，但容易造成工件严重变形，甚至开裂。油作为淬火介质仅适用于某些合金钢或过冷奥氏体稳定性比较大的小尺寸碳钢工件的淬火。
钢材回火的目的
- 降低脆性，消除或减少内应力，钢材淬火后有大量的内应力和脆性，如不及时回火常使钢材变形甚至开裂。
- 要获得工件所需的机械性能，淬火后的工件硬度高而脆，为了满足各种工件不同性能的要求，可以通过适当的回火配合来调整硬度，降低脆性，获得所需的韧性、塑性。
- 稳定的工件尺寸
- 对于一些难以软化退火的合金钢，常在淬火（或正火）后采用高温回火，使钢中的碳化物得到适当聚集，降低硬度，便于切削。
防止变形
- 合理选择材料。对于精密复杂的模具，应选择材料较好的微变形模具钢（如空气淬火钢），应合理锻造和回火热处理碳化物偏析严重的模具钢，对于较大的不可锻造模具钢，可进行固溶双精热处理。
- 模具结构设计要合理，厚度不宜太宽，形状要对称，变形大的模具要掌握变形规律，预留加工余量，大、精、复杂模具可采用组合结构。
- 精密复杂的模具县应进行预热处理，以消除加工过程中产生的残余应力。
- 精密复杂模具可采用合理选择加热温度、控制加热速度、慢速加热、预热等平衡加热方式，减少模具热处理变形。
- 在保证模具硬度的前提下，尽量采用预冷、分馏冷却淬火或温淬火工艺
- 对于精密和复杂的模具，如果条件允许，尽量采用真空加热淬火和淬火后进行深冷处理。
- 对于一些精密和复杂的模具，可以采用预热处理、时效热处理、回火和氨化热处理来控制模具的精度。
