大型锻件热处理基本知识
大型锻件的热处理分为锻后热处理和性能热处理两种。

一．锻后热处理
（一）锻后热处理的目的
锻后热处理，又称为第一热处理或预备热处理，通常是紧接在锻造过程完成之后进行的，有正火、回火、退火、球化、固溶等几种形式。

其主要目的是：
1.消除锻造应力，降低锻件的表面硬度，提高切削加工性能和防止变形。

2.对于不再进行调质处理的工件，应使锻件达到技术条件所要求的各种
性能指标，如强度、硬度、韧性等。

这类工件大多属于碳钢或低合金
钢锻件。

3.调整与改善大型锻件在锻造过程中所形成的过热与粗大组织，减少其
内部化学成分与金相组织的不均匀性，细化晶粒。

4.提高锻件的超声波探伤性能，消除草状波，使锻件中其它内部缺陷能
够清晰地显示出来，以利于准确判别和相应地处理。

5.对于含氢量高的钢种延长回火时间，以避免产生白点或氢脆开裂的危
险。

对于绝大多数大型锻件来说，防止白点是锻后热处理的首要任务，
必须完成。

（二）正火
正火主要目的是细化晶粒。

将锻件加热到相变温度以上，形成单一奥氏体组织，经过一段均温时间稳定后，再出炉空冷。

正火时的加热速度为：在700℃以下应缓慢，以减少锻件中的内外温差和瞬时应力，最好在650~700℃之间加一个等温台阶；在700℃以上，尤其在Ac1（相变点）以上，应提高大型锻件的加热速度，争取获得更好一些的晶粒细化
效果。

正火的温度范围通常在760~950℃之间，根据成分含量不同的相变点不同而定。

通常，碳与合金含量越低，正火温度越高，反之则越低。

有些特殊钢种可达1000~1150℃范围。

但不锈钢及有色金属的组织转变却是靠固溶处理来实现的。

正火后的空冷应尽量使锻件散开和垫起，以促进快速实现相变并冷却均匀，减少组织应力。

大型锻件正火后可以空冷至表面100~200℃，然后在220~300℃之间设一个台阶，保温一段时间再加热回火。

（三）回火
回火的主要目的是扩氢。

并且还可以稳定相变后的组织结构，消除组织转变应力及降低硬度，使锻件易于加工并不产生变形。

回火的温度范围有三种，即高温回火（500~660℃）、中温回火（350~490℃）和低温回火（150～250℃）。

常见的大锻件生产都采用高温回火方式。

回火一般紧跟在正火之后进行，当正火锻件空冷至220～300℃左右时，重新入炉加热、均温、保温，然后随炉冷至锻件表面250~350℃以下出炉即可。

回火后的冷却速度应足够缓慢，以防在冷却过程中因瞬时应力过大而产生白点，并尽量减少锻件中的残余应力。

通常将冷却过程分为两个阶段：在400℃以上，因钢处于塑性较好、脆性较低的温度范围，冷速可稍快一点；在400℃以下，因钢已进入冷硬和脆性较大的温度范围，为了避免开裂和减少瞬时应力，应采取更为缓慢的冷却速度。

对于白点和氢脆较敏感的钢，需要根据氢当量和锻件有效截面尺寸大小，确定延长回火时间扩氢，以便将钢中的氢扩散溢出，使其降低到安全的数值范围。

（四）退火
退火的温度包括了正火和回火的整个范围（150～950℃），采用炉冷的方式，做法与回火差不多。

加热温度在相变点以上（正火温度）的退火叫完全退火。

没有发生相变的退火叫不完全退火。

退火的主要目的是为了消除应力和稳定组织结构，包括冷变形后的高温退火和焊接后的低温退火等等。

正火+回火是比单纯退火更高级的手段，因为相变充分、组织转变充分，并且有恒温扩氢的过程。

二．性能热处理
（一）性能热处理的目的
性能处理也叫第二热处理，是决定产品最终使用性能的热处理。

经常采用的工艺有调质、正火、回火和时效。

调质由淬火+高温回火组成，通常在粗加工之后进行，也有在锻件外观质量较好、开裂危险性不大的情况下，采用黑皮调质的。

淬火的目的是为了提高材料的强度和硬度，而其后的回火是为了稳定组织、消除应力、调整性能、减少脆性和提高可加工性。

淬火后的回火是最后一道热处理工艺。

（二）淬火
淬火加热的温度范围与正火相近，通常在760～950℃之间，经保温均匀后采用快速冷却方式。

大型锻件的淬火冷却方式主要有以下几种：①水冷（包括喷水冷）；②油冷；③空冷（自然空冷和鼓风冷）；④间隙冷却（水—空，水—油，油—空）；
⑤喷雾冷却。

也就是说，其主要淬火介质为水、油和空气。

钢的淬火组织主要为马氏体。

对于某些淬透性较好的钢种，有时仅采用适当的空冷速度（相当于正火），也可以得到马氏体。

（三）高温回火
淬火后的高温回火也是当锻件冷却到220～300℃左右时进行，其工艺规范与第一热处理（锻后热处理）中的高温回火（500～660℃）基本相同，只是不存在扩氢的问题了。

三．热处理工艺执行准则
1.装炉实心锻件装炉时必须留有一定的间隙，以保证通热顺畅和加热均匀，
比如大型饼形锻件，垫砖的高度应按每100mm直径垫高10mm计算。

2.升温阶段在700℃以前升温缓慢，超过700℃要快，但不允许超过工艺温
度上限。

3.均温阶段炉温达到工艺温度时，要开始维持恒温，直到锻件整体（内部及
表面）温度达到基本一致。

4.保温阶段锻件均温后，仍需要保温一段时间，以促使其内部组织完全转变。

这个阶段要特别注意保持炉内温度的均匀和稳定。

5.出炉无论正火后的空冷出炉或是淬火前的出炉，一定要操作迅速，在尽可
能短的时间内使锻件进入冷却介质中（空气、油或水）。

6.热处理次数如果锻件机械性能达不到要求，可以进行重复热处理，但总次
数不得超过三次，否则会因材料疲劳，晶界变厚、碳及合金元素流失，越做越低。

公司生产技术部2010.03.25。