热处理的基本类型

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　　1．普通热处理包括退火、正火、淬火和回火等。

　　2．表面热处理包括感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、渗碳、氮化和碳氮共渗等。

　　3．其它热处理包括可控气氛热处理、真空热处理和形变热处理等。

　　按照热处理在零件生产过程中的位置和作用不同，热处理工艺还可分为预备热处理和最终热处理。预备热处理是零件加工过程中的一道中间工序（也称为中间热处理），其目的是改善锻、铸毛坯件组织、消除应力，为后续的机加工或进一步的热处理作准备。最终热处理是零件加工的最终工序，其目的是使经过成型工艺达到要求的形状和尺寸后的零件的性能达到所需要的使用性能。加热时奥氏体的形成过程

　　1．共析钢的加热转变

　　从铁碳相图中看到，钢加热到727℃（状态图的PSK线，又称A1温度）以上的温度珠光体转变为奥氏体。这个加热速度十分缓慢，实际热处理的加热速度均高于这个缓慢加热速度，实际珠光体转变为奥氏体的温度高于A1，定义实际转变温度为Ac1。Ac1高于A1，表明出现热滞后，加热速度愈快，Ac1愈高，同时完成珠光体向奥氏体转变的时间亦愈短。

　　共析碳钢（含0.77%C）加热前为珠光体组织，一般为铁素体相与渗碳体相相间排列的层片状组织，加热过程中奥氏体转变过程可分为四步进行。

　　第一阶段：奥氏体晶核的形成。由Fe-Fe3C状态图知：在A1温度铁素体含约0.0218%C，渗碳体含6.69%C，奥氏体含0.77%C。在珠光体转变为奥氏体过程中，原铁素体由体心立方晶格改组为奥氏体的面心立方晶格，原渗碳体由复杂斜方晶格转变为面心立方晶格。所以，钢的加热转变既有碳原子的扩散，也有晶体结构的变化。基于能量与成分条件，奥氏体晶核在珠光体的铁素体与渗碳体两相交界处产生（见图6-2（a）），这两相交界面越多，奥氏体晶核越多。

　　第二阶段：奥氏体的长大。奥氏体晶核形成后，它的一侧与渗碳体相接，另一侧与铁素体相接。随着铁素体的转变（铁素体区域的缩小），以及渗碳体的溶解（渗碳体区域缩小），奥氏体不断向其两侧的原铁素体区域及渗碳体区域扩展长大，直至铁素体完全消失，奥氏体彼此相遇，形成一个个的奥氏体晶粒。

　　第三阶段：残余渗碳体的溶解。由于铁素体转变为奥氏体速度远高于渗碳体的溶解速度，在铁素体完全转变之后尚有不少未溶解的“残余渗碳体”存在（见图6-2（C）），还需一定时间保温，让渗碳体全部溶解。

　　第四阶段：奥氏体成分的均匀化。即使渗碳体全部溶解，奥氏体内的成分仍不均匀，在原铁素体区域形成的奥氏体含碳量偏低，在原渗碳体区域形成的奥氏体含碳量偏高，还需保温足够时间，让碳原子充分扩散，奥氏体成分才可能均匀。

　　上述分析表明，珠光体转变为奥氏体并使奥氏体成分均匀必须有两个必要而充分条件：一是温度条件，要在Ac1以上加热，二是时间条件，要求在Ac1以上温度保持足够时间。在一定加热速度条件下，超过Ac1的温度越高，奥氏体的形成与成分均匀化需要的时间愈短；在一定的温度（高于Ac1）条件下，保温时间越长，奥氏体成分越均匀。

　　还要看到奥氏体晶粒由小尺寸变为大尺寸是一个自发过程，在Ac1以上的一定加热温度下，过长的保温时间会导致奥氏体晶粒的合并，尺寸变大。相对之下，相同时间加热，高的加热温度导致奥氏体晶粒尺寸的增大倾向明显大于低的加热温度的奥氏体晶粒长大倾向。奥氏体晶粒尺寸过大（或过粗）往往导致热处理后钢的强度降低，工程上往往希望得到细小而成分均匀的奥氏体晶粒，为此可以采用：途径之一是在保证奥氏成分均匀情况下选择尽量低的奥氏体化温度；途径之二是快速加热到较高的温度经短暂保温使形成的奥氏体来不及长大而冷却得到细小的晶粒。

　　工程上把奥氏体晶粒尺寸大小定义为晶粒度，并分为8级，其中1～4级为粗晶粒，5级以上为细晶粒，超过8级为超细晶粒。

　2. 非共析钢的加热转变

　　亚共析钢与过共析钢的珠光体加热转变为奥氏体过程与共析钢转变过程是一样的，即在Ac1温度以上加热无论亚共析钢或是过共析钢中的珠光体均要转变为奥氏体。不同的是还有亚共析钢的铁素体的转变与过共析钢的二次渗碳体的溶解。更重要的是铁素体的完全转变要在A3温度（Fe-Fe3C状态图的GS线)以上，考虑热滞后实际要在Ac3以上，二次渗碳体的完全溶解要在温度Acm(Fe-Fe3C状态图的ES线)以上，考虑热滞后要在Accm以上。即亚共析钢加热后组织全为奥氏体需在Ac3以上，对过共析钢要在Accm以上。如果亚共析钢仍仅在Ac1～Ac3温度之间加热，无论加热时间多长加热后的组织仍为铁素体与奥氏体共存。对过共析钢在Ac1～Accm温度之间加热，加热后的组织应为二次渗碳体与奥氏体共存。加热后冷却过程的组织转变也仅是奥氏体向其它组织的转变，其中的铁素体及二次渗碳体在冷却过程中不会发生转变。钢的加热工艺选择钢的加热工艺包含加热温度与加热时间。

　　加热温度的选择，原则上可根据钢的相图参考确定。实际生产中还要考虑加热方式，不同热处理类型，以及钢的具体成分等因素作必要调整。

　　加热时间指的是升温与保温时间的总和。加热工件到要求的温度（实为零件表面温度）所需时间为升温时间。保温时间是工件表面与心部都达到要求的温度所需时间。升温时间主要取决于加热速度。保温时间取决于钢的化学成分、工件尺寸与形状以及加热炉类型等诸因素。加热速度快，升温时间短、生产效率高，但是对于高合金钢，以及形状复杂的工件过快的加热速度会导致升温过程中工件变形甚至开裂报废。保温时间以工件心部热透（到达要求温度）及成分均匀化合乎要求进行计算。一般碳素结构钢在温度800℃左右的箱式电炉中加热，以每1毫米直径或1毫米厚度保温1.0min～1.5min为宜，若采用盐浴炉加热，保温时间可以缩短，每1毫米直径或1毫米厚度保温时间可为0.3min～0.45min。