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 中国科学院金属研究所

浅谈钢的热处理工艺

材料新视野
2016年02月23日
钢在我们的日常生活中无处不在。楼房建筑用的是钢筋,汽车车身用的是先进高强钢,家中所用的餐具是不锈钢,大型机器中用到很多滚动轴承钢……因此,钢的组织和性能与我们的生活息息相关。大到建筑的安全性,小道餐具的耐腐蚀性,都是我们关注和研究的热点。
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生产上使用的钢材品种很多,性能也千差万别,为了便于生产、使用和研究,我们将钢按照其用途、化学成分和显微组织的不同,分类为以下几种类型。按照用途,可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢(包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢、电工钢等);按照化学成分,可分为碳素钢和合金钢两大类,碳素钢又包括低碳钢、中碳钢和高碳钢,合金钢也可分为低合金钢、中合金钢和高合金钢;按照显微组织,可分为平衡态,正火太和室温态。
然而,钢并不是冶炼出来后就可以直接使用的,它还要经过非常复杂的处理工艺,其中,最常见也最重要的处理工艺就是热处理。热处理是将钢在固态下加热到预定的温度,并在该温度下保持一段时间,然后以一定的速度冷却到室温的一种加热工艺。恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷,细化晶粒,消除偏析,降低内应力,使钢的组织和性能更加均匀。
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根据加热、冷却方式及获得的组织和性能的不同,钢的热处理工艺可分为普通热处理(退火、正火、淬火和回火)、表面热处理(表面淬火和化学热处理)及形变热处理等。退火是将钢加热到临界点ac1以上或者以下温度,保温以后随炉缓慢冷却以获得近乎平衡的组织。其主要目的是均匀化钢的成分与组织,细化晶粒。正火是将钢加热到ac3以上适当温度,保温以后再空气中冷却得到珠光体类组织。其主要目的是为机械加工提供适宜的硬度。淬火是将钢加热到临界点ac3或ac1以上一定温度,保温后快速冷却至室温以得到马氏体组织。其主要目的是提高钢的强度和硬度。回火是将淬火钢在a1以下温度加热,使其转变为稳定的回火组织,并以适当方式冷却至室温的工艺过程。其主要目的是提高钢的塑性和韧性,获得适当的强度与韧性配合。表面淬火是将工件快速加热到淬火温度,然后迅速冷却,仅使表面获得淬火组织。化学热处理是将工件放入某种介质中,通过加热使介质中的原子扩散渗入工件的表层,改善其表层的组织和性能。形变热处理是将塑性变形和热处理有机结合的一种复合工艺,它是提高钢强韧性的重要手段之一。
用t7钢制造的錾子,若不热处理,即使刃口磨得再锋利,在使用时也会很快发生卷刀,但热处理之后,錾子将变得锋利而有韧性。因此,热处理工艺不但可以强化金属材料,充分挖掘材料性能的潜力,而且还能提高机械产品的质量、大幅度延长零件的使用寿命。
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