什么是热处理？其种类和用途

 

铁（钢材）的成分里面除了铁（Fe）元素以外，还包含其他成分。市面上基本没有只由铁（Fe）元素构成的“纯铁”。铁（钢材）中最典型的非铁元素是“碳(C)”元素，钢材的特性取决于材料中铁和碳的组织形态，正如盐水快速蒸发会产生细小晶体、缓慢蒸发会产生大晶体一样，铁和碳元素的组织结构也会随着钢材温度和冷却速度的不同而发生变化。利用这种性质，通过改变钢材的组织结构以获得所需性能的方法称之为“热处理”。

 

常用的热处理有以下4种。由于是使用熔炉对整个零部件进行加热或冷却，因此也称为“整体热处理”。

・淬火

淬火是将钢材在800℃～850℃的温度下加热至鲜红色，放置一段时间后放入水或油中急速冷却处理的过程。JIS符号表示为HQ。这种工艺可使得钢材非常坚硬，但同时也有变脆的问题。因此，淬火之后还要进行“回火”。在淬火冷却时要注意，由于组织得膨胀和收缩，零件可能会出现裂纹和应变。另外，由于淬火会使工件变得非常坚硬，因此通常是在切削或其他加工完成后，接近最终工序时进行。

・回火

回火是将淬火后的零件再次加热、冷却处理的过程。JIS符号表示为HT。回火会略微降低零件的硬度，但会消除其脆性，可实现同时提供硬度和韧性。它还可以消除淬火过程中急速冷却产生的内部应力（收缩不均衡等原因在零件内部产生的力）。回火分为低温回火和高温回火两种。低温回火是在150℃～200℃环境下保持1小时左右，然后空冷。而高温回火是加热到550℃～650℃，保持1小时左右后急速冷却。

淬火和回火常用于工具等需要硬度的产品。

・退火

与淬火相反，退火用于软化钢材，以提高材料加工性能，或软化因机加工或其他影响而变硬的结构。通过加热可使零件内部的组织均匀化，或使尖锐的组织变圆滑。退火有多种类型，所需温度从550℃左右到接近950℃不等，具体取决于钢的类型和结构。但所有类型，温度都要加热并保持一小时左右，然后在炉中缓慢冷却。这样做的目的是在切削模具或其他零件之前消除零部件中的残余应力，或软化钢板材料，以提高其加工性能。

・正火

正火主要是为了使钢铁材料在制造阶段产生的不均衡铁组织均匀化，使其达到适合后续切削和压制加工的状态。JIS符号表示为HNR。它是指将钢材加热至约800℃～900℃，然后空冷的过程。

 

基础热处理需要对整个零部件进行加热，并长时间保温。这需要大型熔炉和水（油）冷却设备，成本很高。但在许多情况下，例如齿轮，不需要整个部件的强度，不需要整个零件的强度，只要求齿部的强度。在这种情况下，可采用表面淬火或渗碳淬火。高频淬火是最常用的表面淬火方法，在这种方法中，通过电磁感应将线圈靠近零部件，仅对零部件表面进行加热。它通常用于提升齿轮的齿面硬度，以延长齿轮的使用寿命。

 

热处理用途广泛，如强化或软化金属材料，使其适合机械加工。特别是淬火和回火，是增加金属强度和提高零件抗疲劳能力的常用方法，因此建议大家记住这些工艺及其效果。