金属材料的热处理是通过加热、保温和冷却等手段，改变其内部组织结构或表面化学成分，从而获得所需性能的一种工艺。以下是常见的热处理方法及其特点和应用：

一、整体热处理

1. 退火

• 工艺：将金属加热到临界温度（如Ac3或Ac1）以上，保温后缓慢冷却（如炉冷、砂冷）。

• 目的：

• 降低硬度，提高塑性，便于切削加工。

• 消除内应力，细化晶粒，改善组织均匀性。

• 类型：完全退火、球化退火、去应力退火等。

• 应用：适用于铸件、锻件、焊接件等，如45钢锻件退火后改善加工性能。

2. 正火

• 工艺：加热到临界温度以上，保温后在空气中冷却。

• 目的：

• 细化晶粒，提高强度和韧性。

• 消除内应力，改善切削性能。

• 特点：冷却速度比退火快，组织更细密。

• 应用：低碳钢（如Q235）的*终热处理，或中碳钢的预备热处理。

3. 淬火

• 工艺：加热到临界温度以上，保温后快速冷却（如水冷、油冷）。

• 目的：

• 获得高硬度的马氏体组织，提高耐磨性。

• 介质：水（经济，适用于碳钢）、油（适用于合金钢，减少开裂倾向）。

• 应用：工具、模具、轴承等高耐磨零件，如45钢淬火后硬度达HRC50以上。

4. 回火

• 工艺：淬火后加热到Ac1以下温度，保温后冷却。

• 目的：

• 减少脆性，调整硬度和韧性。

• 稳定组织，消除内应力。

• 类型：

• 低温回火（150-250℃）：保持高硬度，如工具、模具。

• 中温回火（350-500℃）：提高弹性，如弹簧。

• 高温回火（500-650℃）：获得综合力学性能，如轴类零件。

• 应用：必须与淬火配合使用，如调质处理（淬火+高温回火）。

5. 调质处理

• 工艺：淬火后高温回火。

• 目的：获得高强度、高韧性的回火索氏体组织。

• 应用：重要结构零件，如连杆、齿轮、轴类等。

二、表面热处理

1. 表面淬火

• 方法：感应加热、火焰加热、激光加热等。

• 目的：提高表面硬度和耐磨性，心部保持韧性。

• 应用：中碳钢制件，如齿轮、凸轮轴（淬硬层深度2-6mm）。

2. 化学热处理

• 渗碳：

• 工艺：在含碳介质中加热，使碳渗入表面。

• 目的：提高表面硬度（HRC56-62）和耐磨性。

• 应用：低碳钢（如15Cr、20Cr）齿轮、活塞销。

• 渗氮：

• 工艺：在含氮介质中加热，使氮渗入表面。

• 目的：提高表面硬度、耐腐蚀性和疲劳强度。

• 应用：模具、发动机气缸套。

• 碳氮共渗：

• 工艺：同时渗入碳和氮。

• 目的：结合渗碳和渗氮的优点，提高综合性能。

• 应用：汽车齿轮、传动轴。

三、特殊热处理

1. 时效处理

• 工艺：在室温或稍高温度下长时间保温。

• 目的：稳定组织，消除内应力，提高尺寸稳定性。

• 应用：精密零件（如量具、钟表齿轮）。

2. 真空热处理

• 工艺：在真空环境中加热和冷却。

• 目的：防止氧化和脱碳，提高表面质量。

• 应用：高精度零件（如航空航天部件）。

3. 形变热处理

• 工艺：结合压力加工（如轧制、拉制）和热处理。

• 目的：获得优异的强度和韧性配合。

• 应用：特殊要求的弹簧、钢丝。

四、选型指南

通过合理选择热处理方法，可显著提升金属材料的性能，满足不同工程需求。