1）退火和正火

退火(huo)和(he)正(zheng)火(huo)用于(yu)經過熱(re)加(jia)工的(de)毛(mao)坯。含(han)碳量(liang)大于(yu)0.5%的(de)碳鋼和(he)合(he)金(jin)鋼，為(wei)(wei)降低(di)其(qi)硬度易于(yu)切(qie)削，常(chang)采(cai)用退火(huo)處理(li)；含(han)碳量(liang)低(di)于(yu)0.5%的(de)碳鋼和(he)合(he)金(jin)鋼，為(wei)(wei)避免其(qi)硬度過低(di)切(qie)削時粘刀(dao)，而采(cai)用正(zheng)火(huo)處理(li)。退火(huo)和(he)正(zheng)火(huo)尚能細(xi)化晶粒(li)、均勻組織，為(wei)(wei)以后的(de)熱(re)處理(li)作準備(bei)。退火(huo)和(he)正(zheng)火(huo)常(chang)安排(pai)在毛(mao)坯制造之(zhi)后、粗加(jia)工之(zhi)前進行(xing)。

2）時效處理

時效(xiao)處理主要用(yong)于(yu)消除毛(mao)坯(pi)制(zhi)造和機械加工中產生的內應力(li)。

為(wei)避(bi)免過多運(yun)輸工作量，對(dui)于(yu)一般精(jing)度的(de)零件(jian)，在精(jing)加(jia)工前安(an)排一次時效(xiao)處理即可。但(dan)精(jing)度要求較(jiao)高的(de)零件(jian)（如座(zuo)標鏜床的(de)箱體等），應安(an)排兩次或(huo)數次時效(xiao)處理工序。簡單(dan)零件(jian)一般可不(bu)進行時效(xiao)處理。

除鑄件外(wai)，對于一些(xie)剛(gang)性較差的(de)精(jing)(jing)(jing)密零(ling)件（如精(jing)(jing)(jing)密絲杠），為消(xiao)除加工(gong)中產生的(de)內應力，穩定零(ling)件加工(gong)精(jing)(jing)(jing)度，常(chang)在粗加工(gong)、半(ban)精(jing)(jing)(jing)加工(gong)之(zhi)間安排(pai)多次時(shi)效(xiao)處理。有些(xie)軸類零(ling)件加工(gong)，在校(xiao)直工(gong)序后也(ye)要安排(pai)時(shi)效(xiao)處理。

3）調質

調質(zhi)即是在淬火(huo)(huo)后(hou)進行高溫回(hui)(hui)火(huo)(huo)處理，它能(neng)獲得(de)均勻細致的回(hui)(hui)火(huo)(huo)索(suo)氏體組織(zhi)，為(wei)(wei)以后(hou)的表面(mian)淬火(huo)(huo)和滲氮處理時減少(shao)變形作(zuo)準備(bei)，因此(ci)調質(zhi)也可作(zuo)為(wei)(wei)預備(bei)熱處理。

由于調(diao)質后零(ling)件的(de)(de)綜合(he)力學性能較好，對某(mou)些(xie)硬度和耐磨性要(yao)求不高的(de)(de)零(ling)件，也可作(zuo)為最(zui)終熱處理工序。

最(zui)終(zhong)熱處(chu)理的目的是提(ti)高(gao)硬度(du)、耐(nai)磨性和強度(du)等(deng)力學性能(neng)。

1）淬火

淬火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)有表面(mian)淬火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)和整體淬火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)。其(qi)中表面(mian)淬火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)因為(wei)(wei)變形、氧(yang)化及(ji)脫碳較小而(er)應(ying)用(yong)較廣，而(er)且表面(mian)淬火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)還(huan)具有外部(bu)強(qiang)度高(gao)、耐磨性好，而(er)內(nei)部(bu)保(bao)持良好的(de)韌性、抗沖擊力強(qiang)的(de)優點。為(wei)(wei)提高(gao)表面(mian)淬火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)零件的(de)機械性能，常需進行(xing)調(diao)質或正(zheng)火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)等熱處(chu)理作(zuo)為(wei)(wei)預備熱處(chu)理。其(qi)一般工(gong)藝路(lu)線(xian)為(wei)(wei)：下料--鍛造--正(zheng)火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)（退火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)）--粗加工(gong)--調(diao)質--半精加工(gong)--表面(mian)淬火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)--精加工(gong)。

2）滲碳淬火

滲(shen)碳(tan)淬(cui)火(huo)適用(yong)于低碳(tan)鋼(gang)和低合金鋼(gang)，先提高零件(jian)表層的(de)(de)含碳(tan)量，經(jing)淬(cui)火(huo)后使表層獲得高的(de)(de)硬度(du)(du)，而心部仍保持(chi)一(yi)定(ding)的(de)(de)強度(du)(du)和較(jiao)高的(de)(de)韌性(xing)和塑性(xing)。滲(shen)碳(tan)分整體滲(shen)碳(tan)和局部滲(shen)碳(tan)。局部滲(shen)碳(tan)時對不滲(shen)碳(tan)部分要(yao)采取防滲(shen)措施（鍍銅或鍍防滲(shen)材(cai)料）。由(you)于滲(shen)碳(tan)淬(cui)火(huo)變形大，且滲(shen)碳(tan)深度(du)(du)一(yi)般在0.5~2mm之(zhi)間，所以(yi)滲(shen)碳(tan)工(gong)序一(yi)般安(an)排在半精加工(gong)和精加工(gong)之(zhi)間。

其(qi)工藝(yi)路線一(yi)般為：下料-鍛造-正火-粗(cu)、半精加工-滲(shen)碳(tan)淬(cui)火-精加工。當局部(bu)滲(shen)碳(tan)零件(jian)的(de)不滲(shen)碳(tan)部(bu)分采用(yong)加大余(yu)量后，切除(chu)多余(yu)的(de)滲(shen)碳(tan)層(ceng)的(de)工藝(yi)方案時，切除(chu)多余(yu)滲(shen)碳(tan)層(ceng)的(de)工序應安排在滲(shen)碳(tan)后，淬(cui)火前進(jin)行。

3）滲氮處理

滲氮(dan)是使(shi)氮(dan)原子滲入金屬表面(mian)獲得(de)一層含氮(dan)化合(he)物的(de)(de)處理方法。滲氮(dan)層可以提高(gao)零件表面(mian)的(de)(de)硬度、耐(nai)磨(mo)性(xing)、疲勞強度和抗蝕性(xing)。由(you)于滲氮(dan)處理溫度較低、變(bian)形小、且滲氮(dan)層較薄（一般不超(chao)過(guo)0.6~0.7mm），滲氮(dan)工序應(ying)盡(jin)量靠后安(an)排(pai)，為減小滲氮(dan)時的(de)(de)變(bian)形，在切削(xue)后一般需進行消除應(ying)力的(de)(de)高(gao)溫回火。

三、熱處理相關問題

對于鋁的熱處理(li)，報(bao)告較多(duo)的問題包(bao)括(kuo)：

•部(bu)件擺放不(bu)(bu)當(dang)——這(zhe)會導致部(bu)件變形，很大(da)一部(bu)分原(yuan)因是淬火(huo)劑無法(fa)以(yi)足夠快(kuai)的(de)(de)速度傳(chuan)走(zou)熱(re)量以(yi)獲得期望的(de)(de)機械性能(neng)。擺放不(bu)(bu)當(dang)還(huan)可能(neng)引起熱(re)變形(因為(wei)鋁的(de)(de)蠕變強度不(bu)(bu)夠大(da))。正確的(de)(de)擺放(圖1)能(neng)夠避(bi)免這(zhe)些問題(ti)。

•加熱/升溫過快——這會引起熱變形，應當防止出現。正確地擺放部件有助于均勻地加熱。

•殘余應力水平高于預期——熱處理不僅改變機械性能，而且直接影響殘余應力水平。以下是一些可能的原因：淬火時(包括鑄件凝固后冷卻時)表面和內部的冷卻速度相差較大；升溫速度不合適；中間步驟發生溫度變化；等等。殘余應力同冷卻速度的(較大)差異、部件的截面厚度、截面尺寸的突然變化和材料的強度等因素有關。要記住，淬火引起的應力遠遠大于其他工藝(包括鑄造)引起的應力。

•時間/溫度/淬火參數出現波動——它們將導致不同部件之間和不同批次之間機械和/或物理性能的偏差。原因包括部件移送時間太長、淬火不當(過慢)、加熱過度、加熱不足或沉淀硬化過程中時間-溫度參數發生改變。比如，在時間過長和溫度過高的情況下會析出較大的顆粒物(沉淀物)。

•加熱過度——這時容易產生初熔或共晶熔化(圖2)。舉例來說，固溶熱處理的溫度接近許多鋁合金的熔點(尤其是2xxx系列，往往只比它們的熔點低幾度)。為了促進固態合金元素的溶解，需要適當的溫度。

•加熱不足——這會由于過飽和度不足而損失機械性能。如果時效溫度太低和/或時效時間太短，就不容易形成溶質原子聚集區(GP區)，從而造成時效后強度過低。

•淬火不充分引起變形——這方面的問題/難處在于部件進入淬火劑的動作，特別是在須采用人工淬火時。部件要平穩地進入淬火劑。(用熱處理人員的行話說，要避免讓部件“拍打”淬火劑。)整個部件均勻傳熱，能夠防止出現冷卻差異和應變差異。水平方向上的傳熱變化通常比垂直方向上的變化更為不利。使淬火劑保持適當的溫度，控制它的升溫，確保它的均勻流動，選擇較合適的淬火劑(比如空氣、水或聚合物)，等等，都非常重要。比如，針對一項具體應用的需要，可以通過改變濃度、溫度和攪拌強度而調整聚合物的冷卻速度，從而保證泡核沸騰階段的均勻傳熱和淬火速度。淬火劑的維護也很重要。對形狀復雜的部件，比如鍛件、鑄件、沖擊擠壓件和使用薄板制成的部件，可以采用較低的淬火速度以改善變形行為。

•表面起皮/高溫氧化——《Industrial Heating》2016年2月版的熱處理問題診斷專欄“高溫氧化–案例研究”詳細討論了這個問題。

•時效過度——這可能會引起機械性能損失。如果時效溫度太高和/或時效時間太長，過飽和固溶體中析出相的臨界晶核尺寸會增大，造成時效后強度指標降低。

•時效不足——這可能也會造成機械性能損失。

•自然時效不當——自然時效的時間長短不一，2xxx系列合金約為5天，其他合金約為30天。6xxx和7xxx系列在室溫下較不穩定，機械性能的變化會持續很多年。有一些合金在經過-18°C(-1?F)或以下的低溫處理后，自然時效會被抑制或推遲幾天。通常的作法是，在通過時效改變材料性能之前，已經完成成形、矯直和沖壓。比如，低溫處理就是2014-T4鉚釘為保持良好的鉚接性能而經常采取的措施。

•人工時效不當——人工時效(也稱為沉淀熱處理)是一個時間較長、溫度較低的工藝過程。溫度控制至關重要，須嚴格保證±6?C(±10?F)的溫度均勻性。溫度均勻性的較佳目標應為±4?C(±7?F)。

•保溫時間不夠——后果是達不到期望的機械性能。時間太短會導致過飽和度不足，而時間太長容易使部件產生變形。

•溫度均勻性不好——這會導致達不到甚至改變機械性能。工藝溫度均勻性的典型要求是±6?C(±10?F)，而大多數航空應用則希望達到±3?C(±5?F)。

•固溶處理后冷加工不當——這通常是因為對被處理合金的反應缺乏了解。舉例來說，淬火態2xxx系列合金的冷加工會明顯加大它對后續沉淀處理的反應程度。

•固(gu)溶熱(re)處理產品(pin)退火時冷(leng)卻速(su)度不(bu)(bu)夠——較大冷(leng)卻速(su)度須保持(chi)在(zai)每(mei)小時20?C(40?F)，直至溫度降低(di)到(dao)290?C(555?F)。在(zai)這個溫度以下的冷(leng)卻速(su)度不(bu)(bu)太重要