用于软化，减轻内应力，提高机械加工性和发展特殊的机械和物理性能。 在用于变压器层板的特殊硅钢中，退火形成了赋予其独特电气性能的特殊组织。 退火需要加热到As温度以上，保持足够的时间使温度平衡，然后缓慢冷却。参见图1中的曲线2。
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图1所示。纯碳钢的理想TTT曲线。 |
正常化也用于冷加工后软化和消除内应力，细化晶粒尺寸和金相组织。它可以用来打破铸件的树枝状(铸态)组织，以提高其机械加工性和未来的热处理反应，或减轻轧制钢的带状。 这需要加热到As温度以上，保持足够的时间使温度均衡，然后进行空气冷却。因此，它与退火相似，但有一个更快的冷却速度。图中的曲线3我将给出一个标准化的结构。 硬化过程硬化在这个过程中，含有足够碳的钢，也许还有其他合金元素，从高于转变温度足够迅速地冷却(淬火)，产生马氏体，即已经描述过的硬相，见图1中的曲线1。 淬火介质有不同的严重性，水或盐水是最严重的，通过石油和合成产品到空气是最不严重的。 回火淬火后，钢变硬，变脆，内部有应力。在使用之前，通常需要通过“回火”来减少这些应力和增加韧性。硬度也会降低，回火温度的选择决定了最终的性能。回火曲线，是硬度与回火温度的关系曲线。适用于所有工业钢，并用于选择正确的回火温度。作为一个经验法则，在一个特定的钢回火范围内，回火温度越高，最终硬度越低，但韧性越大。 应该注意的是，不是所有的钢都会响应所有的热处理工艺，表1总结了响应，或其他，对不同的工艺。
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低碳< 0.3% |
是的 |
是的 |
没有 |
没有 |
中碳0.3 - -0.5% |
是的 |
是的 |
是的 |
是的 |
高碳> 0.5% |
是的 |
是的 |
是的 |
是的 |
低合金 |
是的 |
是的 |
是的 |
是的 |
中合金 |
是的 |
是的 |
是的 |
是的 |
高合金 |
是的 |
也许 |
是的 |
是的 |
工具钢 |
是的 |
没有 |
是的 |
是的 |
不锈钢(奥氏体如304,306) |
是的 |
没有 |
没有 |
没有 |
不锈钢(铁素体如405,430 442) |
是的 |
没有 |
没有 |
没有 |
不锈钢(马氏体如410,440) |
是的 |
没有 |
是的 |
是的 |
热化学过程这包括将碳、氮和硼扩散到预先确定的深度到钢表面。这些元素可以单独添加，也可以组合添加，其结果是表面具有理想的性能和与本体的组成完全不同。 碳化碳扩散(渗碳)在零件表面产生较高的碳钢成分。通常需要在渗碳后使这一层和基体都硬化。 氮化氮扩散(氮化)和硼扩散(硼化或硼化)都在表面产生坚硬的金属间化合物。这些层本质上很硬，本身不需要热处理。 氮扩散(氮化)通常在所使用钢的回火温度下或以下进行。因此，它们可以在渗氮之前硬化，渗氮也可以用作回火。 BoronisingBoronised基板往往需要热处理来恢复机械性能。作为硼化物，其中含有氧的气氛，即使当如CO或CO 2合并降解，它们必须在热真空，氮或氮/氢气氛中进行处理。 处理方法在过去，热化学过程是通过填充胶结或盐浴法进行的。基于产品质量和环境的考虑，这些技术现在基本上被气体和等离子技术所取代。唯一的例外是硼化，对于硼化，一种安全生产规模的气体途径尚未开发出来，在未来一段时间内，充填固井可能仍是唯一可行的途径。 气体处理通常在现在几乎通用的密封淬火炉中进行，任何后续的热处理都很容易立即进行，而不需要将工作带出炉外。这种减少的处理是一个成本和质量效益。 表2 (A部分)。热化学热处理工艺的特点。
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碳化 |
900 - 1000 |
碳 |
气体。
包。
盐浴。
液化层。 |
高温可能导致变形，因此需要小心 |
Carbo-nitriding |
800 - 880 |
碳
氮
主要是C |
气体。
液化层。
盐浴。 |
较低的温度意味着比渗碳更少的变形。 |
氮化 |
500 - 800 |
氮 |
气体。
等离子体。
液化层。 |
极低的失真。
加工时间长，但由于等离子体和其他新技术而减少。 |
Nitro-carburising |
560 - 570 |
氮
碳
主要是N |
气体。
液化层。
盐浴。 |
极低的失真。
不可能加工后再加工。 |
Boronising |
800 - 1050 |
硼 |
包。 |
涂上氩气保护层。
所有涂层后热处理必须在无氧环境中进行，即使是CO和CO2是有害的。
无涂布后加工。 |
表2 (B部分)。热化学热处理工艺的特点。
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碳化 |
中等到深的情况。
油淬硬外壳。
回火后表面硬度为675-820 HV (57-62 HRC)。 |
低碳钢和低合金钢。 |
高的表面应力条件。
低碳钢小截面<12mm。
合金钢大断面。 |
Carbo-nitriding |
浅到中到深的情况。
油淬硬外壳。
回火后表面硬度为675-820 HV (57-62 HRC)。 |
低碳的钢。 |
高表面应力条件。
低碳钢大截面>12mm。 |
氮化 |
浅到中到深的情况。
没有熄灭。
表面硬度675-1150 HV (57-70 HRC)。 |
含足够氮化形成元素(如铬、铝和钒)的合金和工具钢。钼通常有助于提高岩心的性能。 |
严重的表面应力条件。
可能具有耐腐蚀性能。
最高硬度和温度稳定性高达200℃。 |
Nitro-carburising |
表面10-20微米的复合层。
进一步的氮扩散区。
硬度取决于钢类型，碳和低合金350-540 HV (36-50 HRC)，高合金和1000 HV (66 HRC)。 |
许多钢从低碳到工具钢。 |
低到中等表面应力条件。
良好的耐磨性。
涂覆后的氧化和浸渍提供良好的耐腐蚀性。 |
Boronising |
厚度与合金含量>成反比，低碳钢上为300微米，高合金上为20微米。
如果要进行热处理，请不要超过30微米。
硬度>1500 HV典型。 |
大多数钢，从低碳钢到工具钢，奥氏体不锈钢等级除外。 |
低到高的表面应力条件取决于基体钢。
优良的耐磨性。 |
技术和实践
正如我们已经看到的，这需要加热到As温度以上，保持平衡温度，然后缓慢冷却。如果是在空气中进行，那么脱碳和氧化就会对零件造成损害。通过使用保护气氛的“明亮”或“封闭”退火来避免这种情况越来越普遍。所选择的特殊气氛将取决于钢的类型。 正常化与退火一样，有表面退化的风险，但由于空气冷却是常见的做法，这一过程最常被用作中间阶段，随后进行机械加工、酸洗或冷加工，以恢复表面的完整性。 硬化对于许多部件，硬化几乎是最后的过程，必须非常小心，以保护表面不退化和脱碳。“密封淬火”炉现在是碳、低合金钢和中合金钢的工业标准工具。作品在每个阶段都受到特别生成的气氛的保护。 一些工具钢受益于真空淬火和回火，盐浴曾被广泛使用，但现在由于环境原因正在失去青睐。 回火在大多数硬化操作之后，回火是必要的，以恢复结构的一些韧性。它经常作为循环的一个组成部分在密封淬火炉中进行，在整个过程中，各部分都得到了充分的保护，以防止氧化和脱碳。回火一般在150 - 700°C的温度范围内进行，取决于钢的类型，并且随时间而变，因为微观组织的变化相对较慢。 注意:在某些情况下，回火会使钢变脆，这与回火的目的相反。 这种脆性有两种形式 回火脆性影响碳素钢和低合金钢，当它们从高于575°C冷却过慢，或在375 - 575°C范围内保持过多次。通过加热到575°C以上并迅速冷却，可以逆转脆性。 在230 - 370°C范围内回火后，蓝脆会影响碳和一些合金钢。这种影响是不可逆的，易感钢不应用于承受冲击载荷的应用中。 如果有任何疑问，请咨询热处理人员或内部冶金部门，了解钢类型的适用性和任何应用所需的热处理。 分级淬火和等温淬火淬火过程中使用的淬火操作会使钢产生内应力，这一点是很容易理解的。这些变形可能大到足以使钢变形甚至开裂。 马氏回火用于具有足够淬透性的钢，在淬火过程中保持等温。这允许温度均衡的部分和更均匀的冷却和结构，因此较低的应力。然后可以用通常的方法回火。 等温淬火也涉及淬火操作中的等温保持，但形成的结构，虽然坚硬和坚韧，不需要进一步回火。该工艺主要应用于弹簧或类似零件中相对较薄的高碳钢。这些过程在TTT曲线中示意图显示(图2a和图3b)。
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图2。(a)等温回火和(b)马氏回火的温度与时间曲线。 |
局部硬化有时是火焰硬化，激光硬化，射频或感应硬化和电子束硬化，这取决于使用的热源。这些工艺用于只有一小部分零件表面需要硬的地方，如轴承轴颈。在许多情况下，有足够的散热器在部分和外部淬火是不需要的。与这种做法相关的失真风险要低得多，而且它可以高度自动化，而且非常可复制。 |