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1．退火及其目的
把鋼加熱到其一適當(dāng)溫度并保溫，然后緩慢冷卻的熱處理方法，稱為退火。根據(jù)退火的目的和工藝特點(diǎn)，可分為去應(yīng)力退火，再結(jié)晶退火、完全退火、不完全退火、等溫退火、球化退火和均勻化退火等。
退火的目的主要有以下幾點(diǎn)：
（1）降低硬度，改善切削加工性能。
（2）細(xì)化晶粒，改善鋼中碳化物的形態(tài)和分布，為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。
（3）消除內(nèi)應(yīng)力，消除由于塑性變形加工、切削加工或焊接造成的內(nèi)應(yīng)力以及鑄件內(nèi)殘留的內(nèi)應(yīng)力，以減小變形和防止開(kāi)裂。
（4）使碳化物球狀化．降低硬度。
（5）改善或消除鋼在鑄造、鍛造和焊接過(guò)程中形成的各種組織缺陷，防止產(chǎn)生白點(diǎn)。
在大多數(shù)情況下，退火一般為預(yù)備熱處理，通常安排在鑄造或鍛造之后．粗加工之前，目的是為了降低硬度．改善切削加工性能，細(xì)化組織，為最終熱處理做組織準(zhǔn)備。對(duì)于一些要求不很高的工件，退火也可作為最終熱處理。消除內(nèi)應(yīng)力退火往往在鑄造、焊接、壓力加工或粗加工之后。
2．均勻化退火
（1）定義：
均勻化退火也稱擴(kuò)散退火，是把鋼加熱到遠(yuǎn)高于Ac3或Acm的溫度，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。
（2）目的：
是使鋼的成分均勻化，消除成分偏析。在高溫下，鋼中原子具有大的活動(dòng)能量，有利于原子進(jìn)行充分的擴(kuò)散，從而消除成分偏析及組織的不均勻性。以減輕鋼在熱加工時(shí)產(chǎn)生脆裂的傾向和消除鑄鋼件內(nèi)應(yīng)力，并提高其力學(xué)性能。
（3）范圍：
適用于鑄鋼件及具有成份偏析的鍛軋件。
（4）工藝：
加熱溫度為Ac3+150～200℃，保溫時(shí)間為10～20h ,隨爐緩冷至350 ℃ 以下出爐。由于退火的加熱溫度很高，保溫時(shí)間又長(zhǎng)，很容易引起晶粒長(zhǎng)大，需在退火后進(jìn)行細(xì)化晶粒的處理，如進(jìn)行壓力加工使晶粒碎化，或通過(guò)完全退火、正火使晶較細(xì)化。
3．再結(jié)晶退火
（1）目的：
A、消除加工硬化，降低硬度。B、 消除冷塑性變形后的內(nèi)應(yīng)力。
（2）范圍：
主要用于冷變形加工的工件。如工件經(jīng)冷沖壓或拉伸后，為降低硬度，便于繼續(xù)進(jìn)行冷變形加工，均需進(jìn)行再結(jié)晶退火，也稱工序間退火。對(duì)于某些冷變形加工零件，為消除加工硬化及內(nèi)應(yīng)力，再結(jié)晶退火也可作為最終熱處理。
（3）工藝：
再結(jié)晶退火溫度 Ac1－50～150℃。碳鋼的再結(jié)晶退火溫度一般為600～700℃ 。由于再結(jié)晶溫度與鋼的化學(xué)成分及冷塑性變形量有關(guān)，因此應(yīng)根據(jù)具體情況確定。溫度太高，晶粒會(huì)明顯長(zhǎng)大；溫度過(guò)低，再結(jié)晶過(guò)程不能完全進(jìn)行，晶粒大小不均勻。保溫后空冷。
4．去應(yīng)力退火
（1）定義：
去應(yīng)力退火通常是將工件緩慢加熱到Ac1以下一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。
（2）目的：
是消除工件的內(nèi)應(yīng)力，以減少和防止工件在后續(xù)加工和使用過(guò)程中發(fā)生變形或開(kāi)裂。
（3）范圍：適用于鑄件、鍛件、焊接件、機(jī)械加工和形變加工后工件。
（4）工藝：
去應(yīng)力退火溫度為Ac1－100～200℃ 。在這一溫度下，工件的內(nèi)部組織不發(fā)生變化。加熱溫度越高，內(nèi)應(yīng)力消除得越徹底。當(dāng)溫度超過(guò)以600℃ 時(shí)，應(yīng)力即可基本完全消除。機(jī)械加工中的去應(yīng)力退火應(yīng)在粗加工之后、精加工之前進(jìn)行，退火溫度應(yīng)取下限或更低些。對(duì)薄壁或焊接件，為防止其變形，退火溫度應(yīng)適當(dāng)降低。對(duì)于淬火（經(jīng)回火）或調(diào)質(zhì)過(guò)的工件，去應(yīng)力退火溫度應(yīng)低于回火溫度，以免降低硬度和強(qiáng)度。保溫時(shí)間與工件大小及裝爐量有關(guān)，一般為2 ～4h 。工件截面厚度較大或裝爐量較大時(shí)，保溫時(shí)間可取上限或適當(dāng)延長(zhǎng)。為避免冷卻過(guò)程中造成新的熱應(yīng)力，保溫后應(yīng)緩慢冷卻，通常隨爐冷至300℃以下出爐空冷。
5．完全退火
（1）定義：
把鋼加熱到Ac3以上溫度，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻的退火方法稱為完全退火。
（2）目的：
A、降低硬度。完全退火后得到片層較厚的珠光體，消除了由鑄造、鍛造、焊接后由于冷卻較快而造成了的硬度較高的組織，改善了切削加工性能。
B、細(xì)化晶粒。鑄件在澆鑄后緩慢冷卻，鍛件在停鍛時(shí)，溫度過(guò)高，焊接件焊縫處溫度過(guò)高，工件熱處理時(shí)溫度過(guò)高都會(huì)使組織出現(xiàn)晶粒粗大和組織不均等現(xiàn)象。采用完全退火，可以將粗大晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小晶粒。
C、鋼在加熱和緩慢冷卻過(guò)程中，還可以消除在形變和快冷過(guò)程中產(chǎn)生的殘留內(nèi)應(yīng)力。
（3）范圍：
主要用于亞共析鋼的碳鋼和合金鋼，包括鑄鋼件、鍛軋件、焊接件等。完全退火不能用于過(guò)共析鋼。
（4）工藝：
A、加熱溫度。完全退火的加熱溫度一般為：碳鋼加熱到Ac3+30～50℃,合金鋼加熱到Ac3+30～70℃。為改善低碳鋼的切削加工性能，或使高合金的碳化物充分溶解，可適當(dāng)提高奧氏體化溫度；但過(guò)高的加熱溫度是不可取的。常用結(jié)構(gòu)鋼的退火溫度及退火后的硬度見(jiàn)附錄
B、保溫時(shí)間。確定保溫時(shí)間的原則是保證奧氏體的充分均勻化，其時(shí)間長(zhǎng)短與零件有效厚度、工件的排列方式和裝爐量大小等因素有關(guān)。在箱式電阻爐中退火，保溫時(shí)間可按有效厚度計(jì)算（1.5～2.5min/mm ）。工件排列越緊密，裝爐量越大，保溫時(shí)間越長(zhǎng)。
C、冷卻速度。冷卻速度對(duì)退火后組織及其性能影響較大，應(yīng)根據(jù)鋼種和要求的性能而定。退火后的組織應(yīng)為珠光體。當(dāng)冷卻速度太快時(shí)，珠光體的片層太薄，硬度就偏高，不利于切削加工。若冷卻過(guò)慢，則會(huì)出現(xiàn)大塊鐵素體且生產(chǎn)效率會(huì)降低。故冷卻速度一般為30～120℃／h 。生產(chǎn)中通常采用隨爐冷卻方式，冷至500℃以下，即可出爐空冷。
6．不完全退火
（1）定義：
是將鋼加熱到Ac1～Acm（過(guò)共析鋼）或Ac1～Ac3（亞共析鋼）之間，保溫后緩慢冷卻的退火方法。
（2）目的：
與完全退火相同。
（3）范圍：
一般用于中、高碳鋼和低合金鋼鍛軋件及沖壓件等。主要用于過(guò)共析鋼的退火。對(duì)于亞共析鋼來(lái)說(shuō)，如果鋼的原始組織良好，晶粒細(xì)小，只是為降低硬度或消除內(nèi)應(yīng)力，也可以進(jìn)行不完全退火。
（4）工藝：
加熱溫度為Ac1+ 40～60℃，保溫后隨爐緩慢冷卻到500℃以下空冷。保溫和冷卻工藝參數(shù)與完全退火相同。
7．等溫退火
（1）定義：
等溫退火是將鋼加熱到Ac1 或Ac3以上溫度，保溫一定時(shí)間后迅速過(guò)冷到Ar1以下某一溫度，并保持一段時(shí)間，使其全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織后出爐空冷的熱處理方法。
（2）目的:
細(xì)化組織和降低硬度，防止產(chǎn)生白點(diǎn)。
（3）范圍：
適用于中碳合金網(wǎng)和高合金鋼的大到鑄鍛件及沖壓件。
（4）工藝：
A、加熱溫度。等溫退火的加熱溫度一般為：亞共析鋼加熱到Ac3+ 30～50℃，共析鋼和過(guò)共析鋼加熱到Ac1+ 20～40℃。
B、等溫溫度。根據(jù)所要求的性能，從鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖上選擇，一般為Ar1－20～30℃。等溫溫度越高，所得到的組織越粗，硬度越低。
C、等溫時(shí)間。由等溫溫度線與等溫轉(zhuǎn)變終了線的交點(diǎn)確定。由于工件大小、裝爐量等因素的影響，為保證奧氏體全部轉(zhuǎn)變，等溫時(shí)間可長(zhǎng)一些。通常，碳鋼的等溫時(shí)間為2～4h，合金鋼3～6h。
D、冷卻。在等溫過(guò)程中組織已完全轉(zhuǎn)變，等溫后空冷即可。
（5）優(yōu)點(diǎn)：
通過(guò)選擇等溫溫度來(lái)獲得預(yù)期的組織和性能，且組織的均勻性和性能的一致性都較好，合金鋼可得到較低的退火硬度，退火周期比較短。
常用工具鋼等溫退火參數(shù)及硬度值見(jiàn)附錄。
8．球化退火
（1）定義：
使鋼中的碳化物球狀化的退火方法稱為球化退火。
（2）目的：
A、降低硬度，改善切削加工性能。鋼經(jīng)球化退火后，形成的球狀碳化物具有比片狀碳化物低的硬度，有利于改善切削加工性能。
B、細(xì)化組織，為淬火做好組織準(zhǔn)備。在淬火加熱過(guò)程中，由于球狀碳化物比片狀碳化物較難溶于奧氏體，因而可以阻止晶粒長(zhǎng)大，減少和防止鋼的過(guò)熱。球化退火后得到的組織均勻，有利于減少淬火畸變和開(kāi)裂傾向。
C、提高淬火工件的耐磨性。由于球狀碳化物在工件淬火后被完全保留下來(lái)，且均勻地分布在馬氏體基體上，這些細(xì)而硬的小顆粒可以有效地提高工件的耐磨性。
（3）范圍：
適用于共析鋼或過(guò)共析鋼件的退火，如工具、模具、軸承等。
（4）工藝：
球化退火有普通球化退火、等溫球化退火和周期球化退火等。
1）普通球化退火
A、加熱溫度。加熱溫度為Ac1+ 10～20℃ 。加熱溫度過(guò)高，溶入奧氏體中的碳化物太多．則會(huì)降低球化的成核率，容易形成片狀珠光體。如果加熱溫度過(guò)低．則珠光體中的片狀碳化物溶解不夠，部分片狀碳化物可能因未溶解而保留下來(lái)，可能得到細(xì)粒狀與片狀混合的珠光體組織。
B、保溫時(shí)間。其時(shí)間長(zhǎng)短與零件有效厚度、工件的排列方式和裝爐量大小等因素有關(guān)。由于球化退火的溫度比完全退火低，故球化退火的保溫時(shí)間應(yīng)比完全退火稍長(zhǎng)些。
C、冷卻。工件保溫后以20～40℃/h的速度冷卻至500℃以下出爐空冷。冷卻速度影響著退火組織中碳化物顆粒的大小和分布的均勻性。在同一退火溫度下，增大冷卻速度，因碳化物來(lái)不及聚集和長(zhǎng)大，而得到細(xì)小而彌散度較大的組織，使硬度偏高，不利于切削加工。冷卻速度過(guò)小，碳化物容易聚集成較大的顆粒。通常，球化退火保溫后，直接緩慢冷卻的冷卻速度應(yīng)比普通退火慢些。這種退火方法球化較充分，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)。適用于截面大的工件及裝爐量大的情況。
2）等溫球化退火
其加熱溫度為Ac1+ 20～30℃ ，保溫后冷卻到Ar1－20～30℃ ，等溫一段時(shí)間（等溫時(shí)間取決于等溫轉(zhuǎn)變曲線及工件截面尺寸大?。?，然后隨爐冷卻至500℃以下出爐空冷。這種方法退火后的組織比較均勻，且易于控制，生產(chǎn)周期較短。
3）周期球化退火
它是將鋼在Ac1＋10～20℃加熱，保溫后在Ar1－20～30℃等溫一段時(shí)間，如此反復(fù)進(jìn)行多次等溫球化退火，然后隨爐冷至500℃以下出爐空冷。這種方法得到的球狀碳化物不夠均勻，且操作較麻煩，生產(chǎn)中應(yīng)用較少，主要用于原始組織為粗片狀珠光體的情況。
9．正火
（1）定義：
正火是把鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Acm（過(guò)共析鋼）以上適當(dāng)溫度，保溫后在空氣中冷卻的熱處理方法。
（2）范圍：
A、作為低碳鋼和某些低合金結(jié)構(gòu)鑄鋼及鍛件消除應(yīng)力、細(xì)化組織、改善切削加工性能和淬火前的預(yù)備熱處理。
B、消除網(wǎng)狀碳化物，為球化退火作準(zhǔn)備。
C、用于某些碳素鋼、低合金鋼工件在淬火返修時(shí)，消除內(nèi)應(yīng)力和細(xì)化組織，以防重新淬火時(shí)產(chǎn)生開(kāi)裂和變形。
D、作為普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理。一些受力不大，只需一定的綜合力學(xué)性能的的結(jié)構(gòu)件，采用正火就能滿足其使用性能要求。
（3）工藝：
A、加熱溫度。亞共析鋼的加熱溫度為Ac3+30～50℃，過(guò)共析鋼的加熱溫度為Acm+30～50℃。
B、保溫時(shí)間。保溫時(shí)間與工件有效厚度有關(guān)，以工件截面溫度均勻?yàn)樵瓌t（保溫時(shí)間的計(jì)算可參考淬火）。
C、冷卻。正火工件的冷卻一般為空冷，大型工件根據(jù)截面尺寸的大小，可采用風(fēng)冷或噴霧冷卻，以獲得預(yù)期的組織和性能。
10淬火
（1）定義：
淬火是把鋼加熱到Ac3或Ac1以上溫度，保溫一定時(shí)間，然后以適當(dāng)方式冷卻，以獲得馬氏體或（和）貝氏體組織的熱處理工藝。
工件經(jīng)淬火和回火處理后，其組織與淬火前相比發(fā)生了很大的變化，力學(xué)性能有很大的提高，可以充分地發(fā)揮材料的潛力，使工件具有良好的使用性能。
（2）目的：
A、提高工件的力學(xué)性能，如硬度、強(qiáng)度、耐磨性、彈性極限等。
B、改善某些特殊鋼種的物理性能或化學(xué)性能，如耐蝕性、磁性、導(dǎo)電性等。
（3）工藝：
淬火溫度主要取決于鋼的化學(xué)成分，再結(jié)合具體工藝因素綜合考慮決定，如工件的尺寸、形狀、鋼的奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向、加熱方式及冷卻介質(zhì)等。
1)淬火溫度
A、亞共析鋼淬火溫度為Ac3+ 30～50℃ 。亞共析鋼加熱到這一溫度范圍時(shí)，鋼中的鐵素體完全溶于奧氏體中，成為細(xì)晶粒奧氏體，淬火后便得到晶粒細(xì)小的馬氏體。若加熱溫度過(guò)高，奧氏體晶粒容易長(zhǎng)大，淬火后便得到粗針狀馬氏體，使鋼的性能變壞，且淬火時(shí)容易出現(xiàn)變形和開(kāi)裂現(xiàn)象。如果加熱溫度在Ac1和Ac3 之間，鐵素體不能完全溶人奧氏體，淬火后便被保留下來(lái)得到的組織為馬氏體＋鐵素體。由于鐵素體硬度很低，強(qiáng)度也很低，不能使鋼達(dá)到要求的力學(xué)性能，所以亞共析鋼的淬火溫度一般選擇在Ac3 + 30～50℃之間。
B、過(guò)共析鋼的淬火溫度為Ac1+ 30～50℃ 。在此溫度加熱，過(guò)共析鋼的組織為奧氏體和滲碳體，淬火后的組織是馬氏體和滲碳體，顆粒細(xì)小的滲碳體是均勻地分布在馬氏體的基體上。由于滲碳體的硬度比馬氏體更高，更增加了鋼的耐磨性。這對(duì)提高工具鋼的耐磨性能尤為重要。如果加熱溫度在Acm以上，滲碳體就會(huì)完全溶于奧氏體中，并使奧氏體晶粒長(zhǎng)大，提高了奧氏體的穩(wěn)定性，淬火后得到粗大的馬氏體和較多的殘留奧氏體，不僅使鋼的脆性增加，而且使淬火硬度下降，耐磨性降低；同時(shí)增加了氧化、脫碳和畸變、開(kāi)裂的傾向。因此過(guò)共析鋼不能采用過(guò)高的加熱溫度。但是，過(guò)低的加熱溫度也是不可取的，會(huì)使奧氏體的穩(wěn)定性下降，容易分解為非馬氏體組織，影響淬火后的硬度。
C、共析鋼的淬火溫度與過(guò)共析鋼相同。
D、合金鋼的淬火溫度范圍為Ac1或Ac3+30～50℃ 。
E、高速鋼、高鉻鋼及不銹鋼應(yīng)根據(jù)要求合金碳化物溶入奧氏體的程度來(lái)選定。
F、對(duì)于過(guò)熱敏感性強(qiáng)的鋼（如錳鋼）及脫碳敏感性強(qiáng)的鋼（如鉬鋼），不宜選取上限溫度。
2）保溫時(shí)間
在實(shí)際應(yīng)用中，通常對(duì)升溫時(shí)間不予考慮，只計(jì)算保溫時(shí)間。保溫時(shí)間可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
T＝αKD
式中
T：保溫時(shí)間（min）
α：保溫時(shí)間系數(shù)(min/mm)。碳素鋼1.0～1.5；低合金鋼1.2～1.8；高合金鋼1.5～2.2。
K：工件裝爐方式修正系數(shù)，一般為1.0～2.0
D：工件有效厚度
3）冷卻
根據(jù)工件大小和材料，選擇空淬、油淬或水淬。
11．回火
（1）定義：
回火是把淬火后的工件加熱到A1以下適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，以一定的方式冷卻的熱處理工藝。
回火是伴隨于淬火后進(jìn)行的一種熱處理操作。一般情況下，工件淬火后都要進(jìn)行回火，并且是熱處理的最后工序，對(duì)工件的性能影響很大，可以說(shuō)決定了工件的使用性能和壽命。
（2）目的：
A、使工件得到所要求的力學(xué)性能。工件淬火后，硬度高．脆性大，為了達(dá)到技術(shù)要求的力學(xué)性能，可以通過(guò)回火來(lái)調(diào)整到希望得到的硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性。
B、減小或消除內(nèi)應(yīng)力。工件淬火后存在很大的內(nèi)應(yīng)力，及時(shí)回火可以消除應(yīng)力，減少畸變和防止開(kāi)裂。
C、穩(wěn)定尺寸。工件淬火后的組織一般為馬氏體和部分殘留奧氏體，這兩種組織都不穩(wěn)定，會(huì)自發(fā)地發(fā)生轉(zhuǎn)變，引起工件尺寸和形狀的變化。通過(guò)回火可以促使這些轉(zhuǎn)變，使組織趨于穩(wěn)定，以保證在使用過(guò)程中不再發(fā)生變形。
（3）工藝：
A、回火溫度。回火溫度主要是根據(jù)工件要求硬度來(lái)確定的。
B、回火時(shí)間。應(yīng)根據(jù)工件材料、有效厚度、裝爐量和設(shè)備來(lái)確定。
12．調(diào)質(zhì)
調(diào)質(zhì)處理鋼經(jīng)淬火和高溫回火的雙重處理，稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理后的組織為具有一定彌散度的細(xì)粒狀珠光體組織― 回火索氏體?；鼗鹚魇象w具有良好的綜合力學(xué)性能，即具有高的強(qiáng)度和良好的塑性與韌性。
調(diào)質(zhì)處理既可用于預(yù)備熱處理，也可用于最終熱處理。用于預(yù)備熱處理時(shí)，主要是為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備，同時(shí)也是為了滿足一些工件（如表面淬火工件）的心部力學(xué)性能要求。
