金属热处理

一般来说，工业零部件对零件的强度和各种性能都有要求。特别是在航空航天和军工行业，对零部件的性能有着非常严格的要求。因此金属印刷后的热处理是必不可少的一步。

但热处理前仍有一些必要的准备工作。打印零件时，它们会覆盖大量粉末。在取出零件放入热处理炉之前，尽量清除附着在零件上的粉末。首先，它节省了材料成本。其次，如果零件内部有流道结构，且流道太窄，不清理粉末可能会导致流道堵塞。

热处理是以适当的方式加热、隔热和冷却固体金属或合金以获得所需微观结构的过程。因此热处理过程分三个阶段进行：加热、保温、冷却。无论哪种热处理，都分为三个阶段，加热温度、保温时间、冷却速度各有不同。

热处理工艺的特点是不改变金属零件的外部尺寸，而仅改变材料的内部组织和零件的性能。

常见的热处理包括退火、正火、淬火和回火。下面以钢材为例进行详细说明：

钢材热处理的目的是消除材料金相组织中的某些缺陷，更重要的是改善和提高钢材的性能，充分发挥其潜力。这对于提高产品质量、延长使用寿命具有重要意义。

一、退火

退火是将金属或合金工件加热到适当温度（高于或低于临界温度，即材料发生结构转变的温度），保持一定时间，然后进行热处理的过程。缓慢冷却（即在炉中冷却或埋在导热性差的介质中）。退火工艺的特点是保温时间长、冷却慢、能够获得均衡的显微组织。

钢材退火的主要目的是细化组织，提高性能，降低硬度，便于切削加工；消除内应力；提高韧性、稳定尺寸。使钢材的组织和成分均匀；它还可用于为未来的热处理工艺做好组织准备。根据退火的目的不同，退火有完全退火、球化退火、去应力退火等几种。

在制造过程中经常对铸件、锻件和焊接件进行退火，以利于将来的切割或淬火的准备。

 

2、归一化

将钢件加热到临界温度以上30-50℃，保温适当时间，并在静止空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡的组织。

 

正火与退火工艺的主要区别在于正火的冷却速度稍快，因此正火热处理的生产周期较短。当退火和正火都能满足零件的性能要求时，建议尽可能采用正火。大多数中、低碳钢坯一般都进行正火热处理。退火常用于一般合金钢钢坯。如果采用正火，由于冷却速度快，正火后的硬度较高，不利于切削加工。

 

三、淬火

将钢件加热到临界点以上一定温度（45钢淬火温度为840-860℃，碳素工具钢淬火温度为760-780℃），保温一定时间，并进行热处理的热处理工艺。然后以适当的速度冷却以获得马氏体或贝氏体组织称为淬火。

淬火、退火、正火处理在工艺上的主要区别在于冷却速度快，目的是获得马氏体组织。也就是说，为了获得马氏体组织，钢的冷却速度必须大于其临界速度。临界速度是指获得马氏体组织所需的最小冷却速度。临界冷却速率根据钢的类型而变化，碳钢通常比合金钢具有更高的临界冷却速率。所以碳钢加热后需要在水中冷却，而合金钢需要在油中冷却。如果冷却速度低于临界冷却速度，则无法获得马氏体组织。但如果冷却速度过快，钢中的内应力就会增大，引起钢构件变形甚至开裂。

 

四、回火

淬火钢件，将其加热到临界温度以下，保温一定时间，然后冷却至室温的热处理过程称为回火。

经过淬火处理的钢件一般不能直接使用，必须进行回火处理后才能使用。由于淬火钢硬度高、脆性大，直接使用往往会导致脆断。回火可以消除或减少内应力，降低脆性，提高韧性；另一方面，可以调整淬火钢的力学性能，以达到钢的使用性能。根据回火温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火、高温回火三种。

(1)低温回火

淬火钢件在250℃以下的回火称为低温回火。低温回火主要用于消除内应力，降低钢材的脆性。

(2)中温回火

淬火钢件在250℃～500℃之间的回火称为中温回火，可以获得良好的弹性。

(3)高温回火

淬火钢件在500℃以上的回火称为高温回火。经高温淬火后，淬火钢件具有良好的综合机械性能。淬火和高温回火称为调质处理。