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金屬熱處理
一、退火
在前面描述冷拔加工材料的軟化并重新獲得塑性的熱處理方法時(shí)，就已使用退火這個(gè)詞，該詞具有相似的意義。完全退火的目的是降低硬度、增加塑性，有時(shí)也提高高碳鋼的切削性能，否則這種鋼很難加工。這種熱處理方法也用來(lái)減少應(yīng)力，細(xì)化晶粒，提高整個(gè)材料的結(jié)構(gòu)均勻性。
退火不總是能提高切削加工性，切削加工性一詞用來(lái)描述幾個(gè)相關(guān)因素，包括材料切削時(shí)獲得好的光潔度（即較小的表面粗糙度——譯者）的能力。當(dāng)完全退火時(shí)，普通低碳鋼硬度較低，強(qiáng)度較小，對(duì)切削的阻力較小，但通常由于塑性和韌性太大以至切屑離開(kāi)工件表面時(shí)會(huì)劃傷表面，工件表面質(zhì)量比較差，導(dǎo)致較差的切削加工性。對(duì)這類(lèi)鋼，退火可能不是最合適的處理方法。許多高碳鋼和大多數(shù)合金鋼的切削加工性通?？山?jīng)退火大大改善，因?yàn)槌谧钴洍l件下，它們的硬度和強(qiáng)度太高而不宜加工。
亞共析剛的退火方法是將鋼緩慢加熱到線(xiàn)以上大約，保溫一段時(shí)間，使整個(gè)材料溫度相同，形成均勻奧氏體，然后隨爐或埋在石灰或其它絕緣材料中緩慢冷卻。要析出粗大鐵素體和珠光體，使鋼處于最軟、最韌和應(yīng)變最小的狀態(tài)，必須緩慢冷卻。
二、正火
正火的目的多少類(lèi)似于退火，但鋼不是最軟狀態(tài)且珠光體是細(xì)勻而不粗大。鋼的正火能細(xì)化晶粒，釋放內(nèi)應(yīng)力，改善結(jié)構(gòu)均勻性同時(shí)恢復(fù)一些塑性，得到高的韌性。這種方法經(jīng)常用來(lái)改進(jìn)切削加工性，減少應(yīng)力，減少因部分切削加工或時(shí)效產(chǎn)生的變形。
正火方法是將亞析鋼或過(guò)共析鋼分別緩慢加熱到Ac3線(xiàn)或Accm線(xiàn)上約，保溫一段時(shí)間以便形成奧氏體，并在靜止空氣中緩冷。要注意，含碳量超過(guò)共析成分的鋼要加熱到Accm線(xiàn)以上，而不是退火時(shí)的Ac1線(xiàn)以上。正火的目的是在奧氏體化過(guò)程中試圖溶解所有滲碳體，從而盡可能減少晶界上的硬脆鐵碳化合物，而得到小晶粒的細(xì)珠光體、最小自由鐵素體和自由滲碳體。
三、球化退火
通過(guò)球化退火可使鋼得到最小的硬度和最大的塑性，它可使鐵碳化合物以小球狀分布在鐵素體基體上。為了使小顆粒球化更容易，通常對(duì)正火鋼進(jìn)行球化退火。球化退火可用幾種不同的方法，但所有方法都需要在A1線(xiàn)溫度附近（通常略低）保溫很長(zhǎng)時(shí)間，使鐵碳化合物形成更穩(wěn)定，能級(jí)較低的小圓球。
球化退火方法的主要目的是改進(jìn)高碳鋼的切削加工性，并對(duì)淬硬鋼進(jìn)行預(yù)處理，使其淬火后結(jié)構(gòu)更均勻。因?yàn)闊崽幚頃r(shí)間長(zhǎng)，因此成本高，球化退火不如退火或正火常用。
四、鋼的硬化
鋼的大多數(shù)熱處理硬化方法是基于產(chǎn)生高比例的馬氏體。因此，第一步用的似乎大多數(shù)其他熱處理常用的方法——產(chǎn)生奧氏體。亞共析鋼加熱到Ac1線(xiàn)溫度以上大約，進(jìn)行保溫，使溫度均布，奧氏體均勻。過(guò)共析鋼Ac1線(xiàn)溫度以上大約時(shí)保溫，鋼中仍殘留部分鐵碳化合物。
第二步是快速冷卻，力圖避免在等溫曲線(xiàn)鼻部產(chǎn)生珠光體轉(zhuǎn)變。冷卻速度取決于溫度和淬火時(shí)淬火介質(zhì)從鋼表面帶走熱量的能力以及鋼本身傳熱的能力。表11-1是一些常用介質(zhì)和冷卻方法，按冷卻能力降低的順序排列。
高的溫度梯度產(chǎn)生高應(yīng)力，會(huì)引起變形和開(kāi)裂，所以淬火只有在非常需要產(chǎn)生特定結(jié)構(gòu)時(shí)才使用。淬火時(shí)必須小心，使熱量均勻擴(kuò)散以減少熱應(yīng)力。比如，一根細(xì)長(zhǎng)棒需端部淬火，即將它垂直插進(jìn)冷卻介質(zhì)中，這樣整個(gè)截面同時(shí)產(chǎn)生溫度變化。如果這種形狀的工件的某一邊比另一邊早降溫，尺寸變化很可能引起很高的應(yīng)力，產(chǎn)生塑性流動(dòng)和永久變形。
用幾種特殊的淬火方法可減小淬火應(yīng)力，減小變形開(kāi)裂傾向。一中稱(chēng)為分級(jí)淬火，其方法是：將奧氏體鋼放入溫度高于馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度（Ms）的鹽浴中，放置一定的時(shí)間直到溫度均勻，在開(kāi)始形成貝氏體之前取出，然后放在空氣中冷卻，產(chǎn)生與從高溫開(kāi)始淬火時(shí)同樣硬的馬氏體，而導(dǎo)致開(kāi)裂和翹曲的高的熱應(yīng)力或淬火應(yīng)力已經(jīng)被消除。
在略高一點(diǎn)溫度下的類(lèi)似方法稱(chēng)為等溫淬火，這時(shí)，將（奧氏體）鋼放在鹽浴中，保持很長(zhǎng)時(shí)間，等溫處理的結(jié)果是形成貝氏體。貝氏體結(jié)構(gòu)不如在同樣成分時(shí)形成的馬氏體硬，但除了減少鋼在正常淬火時(shí)受到的熱沖擊外，不必要進(jìn)一步處理，就可獲得在高硬度時(shí)好的沖擊韌性。
五、回火
調(diào)整淬硬鋼以便使用的第三步通常是回火。除了等溫淬火鋼通常在淬火狀態(tài)下使用外，大多數(shù)鋼都不能在淬火狀態(tài)下使用。為產(chǎn)生馬氏體而采取的激冷使鋼很硬，產(chǎn)生宏觀內(nèi)應(yīng)力和微觀內(nèi)應(yīng)力，使材料塑性很低，脆性極大。為減少這種危害，可通過(guò)將鋼再加熱到A1線(xiàn)（低溫轉(zhuǎn)變）以下某一溫度。淬火鋼回火時(shí)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變化是時(shí)間和溫度的函數(shù)，其中溫度是最重要的。必須要強(qiáng)調(diào)，回火不是硬化方法，而是剛好相反?；鼗痄撌菍⒔?jīng)熱處理硬化的鋼，通過(guò)回火時(shí)的再加熱，來(lái)釋放應(yīng)力、軟化和提高塑性。
回火引起的結(jié)構(gòu)變化和性能改變?nèi)Q于鋼重新加熱的溫度。溫度越高，效果越大，所以溫度的選擇通常取決于犧牲硬度和強(qiáng)度換取塑性和韌性的程度。重新加熱到以下，對(duì)淬火普碳鋼影響不大，在到之間，結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生某些變化，在以上，結(jié)構(gòu)和性能顯著變化。在緊靠著A1溫度以下的長(zhǎng)時(shí)間加熱會(huì)產(chǎn)生與球化退火過(guò)程類(lèi)似的球化結(jié)構(gòu)。
在工業(yè)上，通常要避免在到范圍內(nèi)回火，因?yàn)檫@個(gè)范圍內(nèi)回火的鋼經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生無(wú)法解釋的脆性或塑性喪失現(xiàn)象。一些合金鋼在到范圍內(nèi)，也會(huì)產(chǎn)生“回火脆性”，特別是從（或通過(guò)）這個(gè)溫度范圍緩慢冷卻時(shí)會(huì)出現(xiàn)。當(dāng)這些鋼必須高溫回火時(shí)，它們通常加熱到以上并快速冷卻。當(dāng)然，從這個(gè)溫度快冷不會(huì)產(chǎn)生硬化，因?yàn)闆](méi)有進(jìn)行奧氏體化。
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