為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。
另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。
熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。
熱處理的作用就是提高材料的機(jī)械性能、消除殘余應(yīng)力和改善金屬的切削加工性。按照熱處理不同的目的，熱處理工藝可分為兩大類：預(yù)備熱處理和最終熱處理。
1.預(yù)備熱處理
預(yù)備熱處理的目的是改善加工性能、消除內(nèi)應(yīng)力和為最終熱處理準(zhǔn)備良好的金相組織。其熱處理工藝有退火、正火、時(shí)效、調(diào)質(zhì)等。
（1）退火和正火
退火和正火用于經(jīng)過熱加工的毛坯。含碳量大于0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低其硬度易于切削，常采用退火處理；含碳量低于0.5%的碳鋼和合金鋼，為避免其硬度過低切削時(shí)粘刀，而采用正火處理。退火和正火尚能細(xì)化晶粒、均勻組織，為以后的熱處理作準(zhǔn)備。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前進(jìn)行。
（2）時(shí)效處理
時(shí)效處理主要用于消除毛坯制造和機(jī)械加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
為避免過多運(yùn)輸工作量，對(duì)于一般精度的零件，在精加工前安排一次時(shí)效處理即可。但精度要求較高的零件（如座標(biāo)鏜床的箱體等），應(yīng)安排兩次或數(shù)次時(shí)效處理工序。簡單零件一般可不進(jìn)行時(shí)效處理。
除鑄件外，對(duì)于一些剛性較差的精密零件（如精密絲杠），為消除加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件加工精度，常在粗加工、半精加工之間安排多次時(shí)效處理。有些軸類零件加工，在校直工序后也要安排時(shí)效處理。
（3）調(diào)質(zhì)
調(diào)質(zhì)即是在淬火后進(jìn)行高溫回火處理，它能獲得均勻細(xì)致的回火索氏體組織，為以后的表面淬火和滲氮處理時(shí)減少變形作準(zhǔn)備，因此調(diào)質(zhì)也可作為預(yù)備熱處理。
由于調(diào)質(zhì)后零件的綜合力學(xué)性能較好，對(duì)某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作為最終熱處理工序。
2.最終熱處理
最終熱處理的目的是提高硬度、耐磨性和強(qiáng)度等力學(xué)性能。
（1）淬火
淬火有表面淬火和整體淬火。其中表面淬火因?yàn)樽冃巍⒀趸懊撎驾^小而應(yīng)用較廣，而且表面淬火還具有外部強(qiáng)度高、耐磨性好，而內(nèi)部保持良好的韌性、抗沖擊力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。為提高表面淬火零件的機(jī)械性能，常需進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火等熱處理作為預(yù)備熱處理。其一般工藝路線為：下料--鍛造--正火（退火）--粗加工--調(diào)質(zhì)--半精加工--表面淬火--精加工。
（2）滲碳淬火
滲碳淬火適用于低碳鋼和低合金鋼，先提高零件表層的含碳量，經(jīng)淬火后使表層獲得高的硬度，而心部仍保持一定的強(qiáng)度和較高的韌性和塑性。滲碳分整體滲碳和局部滲碳。局部滲碳時(shí)對(duì)不滲碳部分要采取防滲措施（鍍銅或鍍防滲材料）。由于滲碳淬火變形大，且滲碳深度一般在0.5~2mm之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。
其工藝路線一般為：下料-鍛造-正火-粗、半精加工-滲碳淬火-精加工。
當(dāng)局部滲碳零件的不滲碳部分采用加大余量后，切除多余的滲碳層的工藝方案時(shí)，切除多余滲碳層的工序應(yīng)安排在滲碳后，淬火前進(jìn)行。
（3）滲氮處理
滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法。滲氮層可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和抗蝕性。由于滲氮處理溫度較低、變形小、且滲氮層較薄（一般不超過0.6~0.7mm），滲氮工序應(yīng)盡量靠后安排，為減小滲氮時(shí)的變形，在切削后一般需進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火。
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