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中國科學院金屬研究所
淺談鋼的熱處理工藝
材料新視野
2016年02月23日
鋼在我們的日常生活中無處不在。樓房建筑用的是鋼筋，汽車車身用的是先進高強鋼，家中所用的餐具是不銹鋼，大型機器中用到很多滾動軸承鋼……因此，鋼的組織和性能與我們的生活息息相關(guān)。大到建筑的安全性，小道餐具的耐腐蝕性，都是我們關(guān)注和研究的熱點。
生產(chǎn)上使用的鋼材品種很多，性能也千差萬別，為了便于生產(chǎn)、使用和研究，我們將鋼按照其用途、化學成分和顯微組織的不同，分類為以下幾種類型。按照用途，可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼（包括不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、電工鋼等）；按照化學成分，可分為碳素鋼和合金鋼兩大類，碳素鋼又包括低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼，合金鋼也可分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼；按照顯微組織，可分為平衡態(tài)，正火太和室溫態(tài)。
然而，鋼并不是冶煉出來后就可以直接使用的，它還要經(jīng)過非常復雜的處理工藝，其中，最常見也最重要的處理工藝就是熱處理。熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱到預定的溫度，并在該溫度下保持一段時間，然后以一定的速度冷卻到室溫的一種加熱工藝。恰當?shù)臒崽幚砉に嚳梢韵T、鍛、焊等熱加工工藝造成的各種缺陷，細化晶粒，消除偏析，降低內(nèi)應力，使鋼的組織和性能更加均勻。
根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得的組織和性能的不同，鋼的熱處理工藝可分為普通熱處理（退火、正火、淬火和回火）、表面熱處理（表面淬火和化學熱處理）及形變熱處理等。退火是將鋼加熱到臨界點Ac1以上或者以下溫度，保溫以后隨爐緩慢冷卻以獲得近乎平衡的組織。其主要目的是均勻化鋼的成分與組織，細化晶粒。正火是將鋼加熱到Ac3以上適當溫度，保溫以后再空氣中冷卻得到珠光體類組織。其主要目的是為機械加工提供適宜的硬度。淬火是將鋼加熱到臨界點Ac3或Ac1以上一定溫度，保溫后快速冷卻至室溫以得到馬氏體組織。其主要目的是提高鋼的強度和硬度。回火是將淬火鋼在A1以下溫度加熱，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適當方式冷卻至室溫的工藝過程。其主要目的是提高鋼的塑性和韌性，獲得適當?shù)膹姸扰c韌性配合。表面淬火是將工件快速加熱到淬火溫度，然后迅速冷卻，僅使表面獲得淬火組織。化學熱處理是將工件放入某種介質(zhì)中，通過加熱使介質(zhì)中的原子擴散滲入工件的表層，改善其表層的組織和性能。形變熱處理是將塑性變形和熱處理有機結(jié)合的一種復合工藝，它是提高鋼強韌性的重要手段之一。
用T7鋼制造的鏨子，若不熱處理，即使刃口磨得再鋒利，在使用時也會很快發(fā)生卷刀，但熱處理之后，鏨子將變得鋒利而有韌性。因此，熱處理工藝不但可以強化金屬材料，充分挖掘材料性能的潛力，而且還能提高機械產(chǎn)品的質(zhì)量、大幅度延長零件的使用壽命。
生產(chǎn)上使用的鋼材品種很多，性能也千差萬別，為了便于生產(chǎn)、使用和研究，我們將鋼按照其用途、化學成分和顯微組織的不同，分類為以下幾種類型。按照用途，可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼（包括不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、電工鋼等）；按照化學成分，可分為碳素鋼和合金鋼兩大類，碳素鋼又包括低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼，合金鋼也可分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼；按照顯微組織，可分為平衡態(tài)，正火太和室溫態(tài)。
然而，鋼并不是冶煉出來后就可以直接使用的，它還要經(jīng)過非常復雜的處理工藝，其中，最常見也最重要的處理工藝就是熱處理。熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱到預定的溫度，并在該溫度下保持一段時間，然后以一定的速度冷卻到室溫的一種加熱工藝。恰當?shù)臒崽幚砉に嚳梢韵T、鍛、焊等熱加工工藝造成的各種缺陷，細化晶粒，消除偏析，降低內(nèi)應力，使鋼的組織和性能更加均勻。
根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得的組織和性能的不同，鋼的熱處理工藝可分為普通熱處理（退火、正火、淬火和回火）、表面熱處理（表面淬火和化學熱處理）及形變熱處理等。退火是將鋼加熱到臨界點Ac1以上或者以下溫度，保溫以后隨爐緩慢冷卻以獲得近乎平衡的組織。其主要目的是均勻化鋼的成分與組織，細化晶粒。正火是將鋼加熱到Ac3以上適當溫度，保溫以后再空氣中冷卻得到珠光體類組織。其主要目的是為機械加工提供適宜的硬度。淬火是將鋼加熱到臨界點Ac3或Ac1以上一定溫度，保溫后快速冷卻至室溫以得到馬氏體組織。其主要目的是提高鋼的強度和硬度。回火是將淬火鋼在A1以下溫度加熱，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適當方式冷卻至室溫的工藝過程。其主要目的是提高鋼的塑性和韌性，獲得適當?shù)膹姸扰c韌性配合。表面淬火是將工件快速加熱到淬火溫度，然后迅速冷卻，僅使表面獲得淬火組織。化學熱處理是將工件放入某種介質(zhì)中，通過加熱使介質(zhì)中的原子擴散滲入工件的表層，改善其表層的組織和性能。形變熱處理是將塑性變形和熱處理有機結(jié)合的一種復合工藝，它是提高鋼強韌性的重要手段之一。
用T7鋼制造的鏨子，若不熱處理，即使刃口磨得再鋒利，在使用時也會很快發(fā)生卷刀，但熱處理之后，鏨子將變得鋒利而有韌性。因此，熱處理工藝不但可以強化金屬材料，充分挖掘材料性能的潛力，而且還能提高機械產(chǎn)品的質(zhì)量、大幅度延長零件的使用壽命。