生产上退火和正火热处理工艺的选择应当根据钢种，冷、热加工工艺，零件的使用性能及经济性综合考虑。碳质量分数wc<0.25%的低碳钢，通常采用正火代替退火。因为较快的冷却速度可以防止低碳钢沿晶界析出游离的三次渗碳体，从而提高冲压件的冷变形性能，用正火可以提高钢的硬度，改善低碳钢的可加工性。wc=0.25%~0.5%的中碳钢也可用正火代替退火，虽然接近上限碳含量的中碳钢正火后硬度偏高，但尚能进行切削加工，而且正火成本低、生产率高。wc=0.5%~0.75%的钢，因含碳质量分数较高，正火后的硬度显著高于退火的情况，难

工业使用的钢铁材料中非合金钢占有重要地位。碳质量分数在0.0218%~2.11%范围内的铁碳合金为碳素钢。碳素钢除以铁、碳为主要元素外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等常存杂质。由于碳素钢容易冶炼，价格低廉，工艺性好，具有较好的使用性能，能满足许多场合的需要，因而在机械工程领域得到广泛应用。钢是通过铁矿石、生铁或废铁冶炼而来的，由于原料和冶炼工艺的原因，碳素钢中除铁与碳两种元素外，不可避免地还存有杂质元素。对钢的性能影响较大的杂质元素有锰、硅、硫、磷等四种，称为常存杂质。它们对钢的性能有一定影响，尤其是后两种，是生产中

1)氧化和脱碳及其防止措施。淬火加热时，钢件与周围加热介质相互作用往往会产生氧化和脱碳等缺陷。氧化使工件尺寸减小，表面粗糙度增大，并严重影响淬火冷却速度，进而使淬火工件出现软点或硬度不足等新的缺陷。工件表面脱碳会降低淬火后钢的表面硬度、耐磨性，并显著降低其疲劳强度。因此，淬火加热时，在获得均匀化奥氏体的同时，必须注意防止氧化和脱碳现象。在空气介质炉中加热时，防止氧化和脱碳最简单的方法是在炉子升温加热时向炉内加入无水分的木炭，以改变炉内气氛，减少氧化和脱碳。此外，采用盐炉加热、用铸铁屑覆盖工件表面，或是在工件表面热涂

(1)足够高的屈服强度及良好的塑性、韧性  采用普通低合金结构钢的主要目的是，减轻金属结构的重量，提高可靠性。因此，要求其有较高的屈服强度，较低的脆性转折温度，良好的室温冲击韧度和塑性。在普通低合金钢中加入合金元素（主要是锰、硅）强化铁素体，加入铝、钒、钛等细化铁素体晶粒，增加珠光体量，以及加入能形成碳化物、氮化物的合金元素（钒、铌、钛），使细小化合物从固溶体中析出，产生弥散强化作用。所以低合金高强度结构钢在热轧或正火后具有高的强度，其屈服强度一般在300MPa以上，当锰的质量分数WMn<

在碳素钢的基础上，有目的地在冶炼的过程中加入一定量的合金元素。含有合金元素的钢叫做合金钢。常用的合金元素有：锰（wMn>1.0%）、硅（wSi>0.5%）、铬、镍、钼、钨、钒、钛、锆、铝、硼、稀土( RE)等。根据我国资源情况，富产元素有硅、锰、钼、钨、钒、钛、硼及稀土元素。选用合金时，应优先考虑采用我国资源丰富的钢种。合金钢与碳素钢相比，具有较高的综合力学性能、良好的热处理工艺性能，并具有特殊的物理、化学性能。虽然合金钢的生产工艺过程复杂、成本较高，但由于其具有优良的性能，能够满足不同工作条件下的产品

钢的热处理多数是在连续冷却条件下进行的，因此连续冷却转变图对热处理生产具有直接指导作用。1)从连续冷却转变图上可以获得真实的钢的临界淬火速度。钢的临界淬火速度与连续冷却转变图的形状和位置有关。若某钢连续冷却转变图中珠光体转变孕育期较短，而贝氏体转变孕育期较长，那么该钢的临界淬火速度可用与珠光体开始转变线相切的冷却曲线对应的冷却速度表示。反之，对于珠光体转变孕育期比贝氏体长的钢件，其临界淬火速度可用与贝氏体开始转变线相切的冷却曲线表示。对于亚共析钢、低合金钢及过共析钢，临界淬火速度则取决于抑制先共析铁素体或抑制先共析

(1)钢的碳氮共渗  向钢件表层同时渗入碳和氮的过程称为碳氮共渗。碳氮共渗方法有液体和气体碳氮共渗两种。液体碳氮共渗使用的介质氰盐是剧毒物质，污染环境，故逐渐为气体碳氮共渗所替代。根据共渗温度不同，碳氮共渗可分为高温( 900~950℃)、中温(700~ 880℃)及低温(500~ 570℃)三种。目前工业上广泛应用的是中温和低温气体碳氮共渗。其中低温气体碳氮共渗主要是提高耐磨性及疲劳强度，而硬度提高不多，故又称为软氮化，多用于工模具。中温气体碳氮共渗多用于结构零件。(2)钢的渗硼 &

合金量具钢是用于制造测量工件尺寸的工具（如卡尺、量块、千分尺、卡规、塞规、样板等）所使用的合金钢。量具在使用过程中主要受磨损，因而要求量具有高的硬度和耐磨性，同时还必须有高的尺寸稳定性，良好的磨削加工性能，使量具能有较小的表面粗糙度值，形状复杂的量具还要求热处理变形小。通常合金工具钢如8MnSi、9SiCr、Cr2、W钢等都可用来制造各种量具；高精度、形状复杂的量具，可采用微变形合金工具钢如CrWMn和滚动轴承钢GCr15制造；形状简单、尺寸较小、精度要求不高的量具也可用碳素工具钢T10A、T12A制造，或用渗碳钢

塑料模具钢是指在加热状态下，将细粉或颗粒状塑料压制成形的模具用钢。塑料模具在工作时持续受热、受压，并受到一定程度的摩擦和有害气体的腐蚀，因此，塑料模具钢要求在200℃时具有足够的强度和韧性，并具有较高的耐磨性和耐蚀性。随着塑料工业的迅速发展，塑料模具钢逐渐发展成为一个体系，它涉及了从结构钢到工具钢，从碳素钢到合金钢的许多钢种。根据模具钢的强化方式或服役特性，可将塑料模具钢大体分为渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、整体淬硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、耐蚀型塑料模具钢等。渗碳型塑料模具钢主要用于制造承受载荷较

同一钢件经淬火加回火热处理后，可以得到回火托氏体和回火索氏体组织，由过冷奥氏体直接分解也能得到托氏体和索氏体组织。它们都是铁素体加碳化物的珠光体类型组织，但是回火托氏体和回火索氏体中的碳化物是呈颗粒状的，而托氏体和索氏体中的碳化物是片状的。碳化物呈颗粒状的组织使钢的许多性能得到改善。因此，工程上凡是承受冲击并要求优良综合力学性能的工件都要进行淬火加高温回火处理，即调质处理，以得到具有优良综合力学性能的回火索氏体组织。对于具有回火脆性的钢种，进行等温淬火获得的下贝氏体比淬火加低温回火获得回火马氏体的性能优越得多。所以

钢的淬透性是钢的热处理工艺性能，在生产中有重要的实际意义。工件在整体淬火条件下，从表面至中心是否淬透，对其力学性能有重要影响。在拉压、弯曲或剪切载荷下工作的零件，例如各类齿轮、轴类零件，希望整个截面都能被淬透，从而保证这些零件在整个截面上得到均匀的力学性能。选择淬透性较高的钢，即能满足这一性能要求。而淬透性较低的钢，零件截面不能全部淬透，表面到心部力学性能不同，尤其心部的冲击韧度很低。钢的淬透性越高，能淬透的工件截面尺寸越大。对于大截面的重要工件，为了增加淬透层的深度，必须选用过冷奥氏体很稳定的合金钢，工件越大，要

钢在加热、冷却时所发生的相变与原子扩散速度有关。合金钢中存在的合金元素会对原子的扩散速度产生影响。碳化物形成元素使碳的扩散速度减慢，碳化物形成元素不易析出，析出后也较难聚集长大。非碳化物形成元素（除硅外）则有增大碳扩散速度的作用。合金元素都能增大铁原子间的结合力，使铁的扩散速度下降。合金元素在固溶体中的扩散速度也比碳的扩散速度低得多。因此，在其他条件相同时，合金钢扩散型的相变过程比碳素钢缓慢，热处理时应引起注意。(1)合金元素对奥氏体形成速度的影响  合金钢在加热时，合金元素会改变碳的扩散速度，

为进一步提高零件的使用性能和加工零件的质量，降低制造成本，有时还把两种或几种加工工艺混合在一起，构成复合加工工艺。例如把塑性变形和热处理结合一起，形成形变热处理新工艺等。目前在轧钢生产中广泛采用的控制轧制与控制冷却技术从本质上讲也属于形变热处理，即轧制和热处理相结合的复合加工工艺。形变热处理是将塑性变形和热处理有机结合在一起的一种复合工艺。该工艺既能提高钢的强度，又能改善钢的塑性和韧性，同时还能简化工艺，节省能源。因此，形变热处理是提高钢的强韧性的重要手段之一。形变热处理虽有很多优点，但增加了变形工序，设备和工艺条

耐热钢按正火状态下组织的不同，可分为铁素体型钢、珠光体型钢、马氏体型钢、奥氏体型钢等。(1)珠光体型耐热钢  这类钢450~ 600℃范围内，按碳的质量分数及应用特点可分为低碳耐热钢和中碳耐热钢。低碳珠光体型耐热钢具有优良的冷热加工性能，主要用于锅炉钢管等，常用的牌号有15CrMn、15CrMo、12CrMoV等。中碳珠光体型耐热钢在调质状态下使用具有优良的高温综合力学性能，主要用于耐热的紧固件、汽轮机转子、主轴、叶轮等，常用的牌号有25Cr2MoVA、35CrMoV等。(2)马氏体型耐热钢&n

热作模具钢，要进行反复锻造，其目的是使碳化物均匀分布。锻造后要退火，其目的是消除锻造应力、细化组织、降低硬度，以便于切削加工。热作模具钢的最终热处理一般为淬火及高温（或中温）回火，以获得均匀的回火索氏体（或回火托氏体）组织，硬度为40HRC左右，具有一定的强度和较高的韧性。一般冷作模具钢在锻造之后需进行球化退火，目的是消除锻造应力，降低硬度，改善可加工性，细化晶粒，为淬火做好组织准备。冷作模具钢的最终热处理为淬火和低温回火，最终热处理后的组织为回火马氏体、未溶碳化物和少量残留奥氏体。与碳素工具钢相比，由于合金元素的

球墨铸铁的感应淬火本质上与钢没有区别，但由于处理前的铸造组织较粗、成分不均匀，因此铁素体向奥氏体转变的温度较高，在快速加热中转变不易完成。感应淬火主要适用于珠光体为基体的球墨铸铁。以铁素体为基体的球墨铸铁，由于感应加热太快，碳来不及向奥氏体固溶及扩散，淬火后马氏体硬度不高，并保留有大量未转变的铁素体，所以硬度低。因此以铁素体为基体的球墨铸铁，感应淬火前先要经过正火转变成珠光体再进行。感应加热温度常采用850~1000℃，淬火层组织为细针状马氏体及球状石墨，过渡层为小岛状马氏体和细小的铁素体，感应处理后具有很好的耐磨

等温转变图反映过冷奥氏体在等温条件下的转变规律，可以用来指导等温热处理工艺。但是，钢的正火、退火、淬火等热处理以及钢在铸、锻、焊后的冷却都是从高温连续冷却到室温的。所谓钢的连续冷却转变指的是在一定冷却速度下，过冷奥氏体在一个温度范围内所发生的转变。这种转变可变的外部因素就是过冷奥氏体的冷却速度，研究连续冷却转变实质上就是研究冷却速度对过冷奥氏体分解及分解产物的影响，而这种影响又是通过温度起作用的。连续冷却过程实际上是过冷奥氏体通过了由高温到低温的整个区间。连续冷却速度不同，到达各个温度区间的时间以及在各个温度区间停

将金属工件放入含有某种活性原子的化学介质中，通过加热使介质中的原子扩散渗入工件一定深度的表层，改变其化学成分和组织并获得与心部不同性能的热处理工艺叫做化学热处理。和表面淬火不同，化学热处理后的工件表面不仅有组织的变化，而且也有化学成分的变化。可以说，钢的化学热处理就是改变钢的表层化学成分和性能的一种热处理工艺。化学热处理后的钢件表面可以获得比表面淬火更高的硬度、耐磨性和疲劳强度，心部在具有良好的塑性和韧性的同时，还可获得较高的强度。通过适当的化学热处理还可使钢件表层具有减摩、耐腐蚀等特殊性能。因此，化学热处理工艺已

高温形变热处理是将钢加热至Ac3以上，在稳定的奥氏体温度范围内进行变形，然后立即淬火，使之发生马氏体转变并回火得到所需要性能的热处理工艺（见图1）。由于形变温度远高于钢的再结晶温度，形变强化效果易于被高温再结晶所削弱，故应严格控制形变后至淬火前的停留时间，形变后要立即淬火冷却。高温形变热处理和一般热处理相比，在提高钢的抗拉强度和屈服强度的同时，还能改善钢的塑性和韧性。图1   高温形变热处理工艺过程示意图高温形变热处理适用于一般碳素钢、低合金钢结构零件以及机械加工量不大的锻件或轧材，如连杆、曲轴、弹簧、叶

球墨铸铁的力学性能主要取决于金属基体，通过热处理控制奥氏体化温度、保温时间和冷却条件可以改变奥氏体及其转变产物碳的质量分数，从而可以显著改善球墨铸铁的力学性能。在热处理过程中，石墨作为球墨铸铁中的一个相，也参与相变过程。石墨的存在相当于一个储碳库，形成铁素体球墨铸铁时，碳全部或大部分集中于石墨这个储碳库中。球墨铸铁热处理加热时，球状石墨表面的碳有部分溶入奥氏体，供应必要的碳量。控制加热温度可以控制奥氏体中含碳量，从而可以得到低碳马氏体或者高碳马氏体。奥氏体化后的球墨铸铁在Ar1以下缓慢冷却时析出石墨，或沉积在原来石