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[摘 要]文章从金属材料热处理过程着手，简单介绍了金属材料热处理各步骤，同时，介绍了金属材料热处理工艺及分类。由于钢铁是工业上应用最广范的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此热处理工艺的发展显得至关重要。
[关键词]金属材料热处理；退火；淬火；回火
中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0035-01
一、金属材料热处理基本过程
金属材料热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，以使其材料可获得均匀的组织和性能，有时也可仅有加热和冷却两个过程，这些过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要步骤之一，金属热处理的加热方法很多，最早采用木炭和煤作为热源，之后应用液体和气体燃料，目前，电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。
金屬加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳（即钢铁零件表面碳含量降低），这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而，金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的关键所在。加热温度随被处理的金属材料和热处理方式的不同而变化，但一般都是加热到相变温度以上，以获得需要的组织。
另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间或保温时间很短，而化学热处理的保温时间往往较长。
冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快，但因钢种不同而有不同的要求，例如：空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。
二、金属材料热处理分类
1、钢的退火
退火是生产中常用的预备热处理工艺。大部分机器零件及模具的毛坯经退火后，可消除铸、锻及焊件的内应力与成分的组织不均匀性；能改善和调整钢的力学性能，为下道工序作好组织准备。对性能要求不高、不太重要的零件及一些普通铸件、焊件，退火可作为最终热处理。钢的退火是把钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。退火的目的在于均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力并为零件最终热处理作好组织准备。退火的目的：
a）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。
b）细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。
c）消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。
2、钢的淬火与回火
钢的淬火与回火是热处理工艺中很重要的、应用非常广泛的工序。淬火能显著提高钢的强度和硬度。如果再配以不同温度的回火，即可消除（或减轻）淬火内应力，又能得到强度、硬度和韧性的配合，满足不同的要求。所以，淬火和回火是密不可分的两道热处理工艺。
淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于临界冷却速度冷却，以得到马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。回火是将淬火钢加热至A1（钢加热时，开始形成奥氏体的温度）点以下某一温度保温一定时间后，以适当方式冷到室温的热处理工艺。它是紧接淬火的下道热处理工序，同时决定了钢在使用状态下的组织和性能，关系着工件的使用寿命，故是关键工序。
回火的主要目的是减少或消除淬火应力；保证相应的组织转变，使工件尺寸和性能稳定；提高钢的热性和塑性，选择不同的回火温度，获得硬度、强度、塑性或韧性的适当配合，以满足不同工件的性能要求。
回火的目的：
a）降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。
b）获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。
c）稳定工件尺寸
d）对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。
回火分类见下表（表3）：
3 钢的正火
正火工艺是将钢件加热到Ac3（或Acm）以上30～50℃，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。把钢件加热到Ac3以上100～150℃的正火则称为高温正火。
正火的目的：细化晶粒、提高强度。
目前，我国工业生产上大量应用的还是常规热处理工艺，今后，要日益改进和不断完善，要以少无氧化加热、节能、无污染和微电子技术在热处理中的应用为重点，大力发展先进的热处理成套技术，利用现代高新技术对常规热处理进行技术改造，实现热处理设备的更新换代，全面提高热处理的工艺水平、装备水平、管理水平和产品水平。
[关键词]金属材料热处理；退火；淬火；回火
中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0035-01
一、金属材料热处理基本过程
金属材料热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，以使其材料可获得均匀的组织和性能，有时也可仅有加热和冷却两个过程，这些过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要步骤之一，金属热处理的加热方法很多，最早采用木炭和煤作为热源，之后应用液体和气体燃料，目前，电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。
金屬加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳（即钢铁零件表面碳含量降低），这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而，金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的关键所在。加热温度随被处理的金属材料和热处理方式的不同而变化，但一般都是加热到相变温度以上，以获得需要的组织。
另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间或保温时间很短，而化学热处理的保温时间往往较长。
冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快，但因钢种不同而有不同的要求，例如：空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。
二、金属材料热处理分类
1、钢的退火
退火是生产中常用的预备热处理工艺。大部分机器零件及模具的毛坯经退火后，可消除铸、锻及焊件的内应力与成分的组织不均匀性；能改善和调整钢的力学性能，为下道工序作好组织准备。对性能要求不高、不太重要的零件及一些普通铸件、焊件，退火可作为最终热处理。钢的退火是把钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。退火的目的在于均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力并为零件最终热处理作好组织准备。退火的目的：
a）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。
b）细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。
c）消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。
2、钢的淬火与回火
钢的淬火与回火是热处理工艺中很重要的、应用非常广泛的工序。淬火能显著提高钢的强度和硬度。如果再配以不同温度的回火，即可消除（或减轻）淬火内应力，又能得到强度、硬度和韧性的配合，满足不同的要求。所以，淬火和回火是密不可分的两道热处理工艺。
淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于临界冷却速度冷却，以得到马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。回火是将淬火钢加热至A1（钢加热时，开始形成奥氏体的温度）点以下某一温度保温一定时间后，以适当方式冷到室温的热处理工艺。它是紧接淬火的下道热处理工序，同时决定了钢在使用状态下的组织和性能，关系着工件的使用寿命，故是关键工序。
回火的主要目的是减少或消除淬火应力；保证相应的组织转变，使工件尺寸和性能稳定；提高钢的热性和塑性，选择不同的回火温度，获得硬度、强度、塑性或韧性的适当配合，以满足不同工件的性能要求。
回火的目的：
a）降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。
b）获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。
c）稳定工件尺寸
d）对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。
回火分类见下表（表3）：
3 钢的正火
正火工艺是将钢件加热到Ac3（或Acm）以上30～50℃，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。把钢件加热到Ac3以上100～150℃的正火则称为高温正火。
正火的目的：细化晶粒、提高强度。
目前，我国工业生产上大量应用的还是常规热处理工艺，今后，要日益改进和不断完善，要以少无氧化加热、节能、无污染和微电子技术在热处理中的应用为重点，大力发展先进的热处理成套技术，利用现代高新技术对常规热处理进行技术改造，实现热处理设备的更新换代，全面提高热处理的工艺水平、装备水平、管理水平和产品水平。