《金屬熱處理工》工藝知識(shí)與化學(xué)熱處理知識(shí)點(diǎn)(職業(yè)技能等級(jí)證書(shū)高級(jí)考試學(xué)習(xí))

《金屬熱處理工》工藝知識(shí)與化學(xué)熱處理知

識(shí)點(diǎn)（職業(yè)技能等級(jí)證書(shū)高級(jí)考試學(xué)習(xí)）

金屬熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過(guò)程，有時(shí)只有

加熱和冷卻兩個(gè)過(guò)程。這些過(guò)程互相銜接，不可間斷。加熱是熱處理

的重要工序之一。

金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，進(jìn)

而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于控制，且無(wú)環(huán)境污染。

利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過(guò)熔融的鹽或金屬，以至浮動(dòng)

粒子進(jìn)行間接加熱。

金屬加熱時(shí).，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳（即鋼鐵

零件表面碳含量降低），這對(duì)于熱處理后零件的表面性能有很不利的

影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中、熔融鹽中和真空中

加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱。

加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加熱溫

度，是保證熱處理質(zhì)量的主要問(wèn)題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和

熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高

溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時(shí)間，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的

加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持一定時(shí)間，使內(nèi)外溫度一致，使顯微

組織轉(zhuǎn)變完全，這段時(shí)間稱為保溫時(shí)間。采用高能密度加熱和表面熱

處理時(shí)，加熱速度極快，一般就沒(méi)有保溫時(shí)間，而化學(xué)熱處理的保溫

時(shí)間往往較長(zhǎng)。

冷卻也是熱處理工藝過(guò)程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不

同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的

冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要

求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進(jìn)行淬硬。

金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表血熱處理和化學(xué)熱處

理三大類(lèi)。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類(lèi)又

可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工

藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最

廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類(lèi)

繁多。

整體熱處理是對(duì)工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變

其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正

火、淬火和回火四種基本工藝。

退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的

保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平

衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織

準(zhǔn)備。

正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同

退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善低碳材料的切削性能，

也有時(shí)用于對(duì)一些要求不高的零件作為最終熱處理。

淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)水溶液

等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時(shí)變脆。為了降低鋼

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件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當(dāng)溫度

進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱為回火。退火、正火、

淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密

切，常常配合使用，缺一不可。

“四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，乂演變出不同的熱

處理工藝。為了獲得一定的強(qiáng)度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來(lái)

的工藝，稱為調(diào)質(zhì)。某些合金淬火形成過(guò)飽和固溶體后，將其置于室

溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長(zhǎng)時(shí)間，以提高合金的硬度、強(qiáng)度或電

性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時(shí)效處理。

把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來(lái)進(jìn)行，使工件獲

得很好的強(qiáng)度、韌性配合的方法稱為形變熱處理；在負(fù)壓氣氛或真空

中進(jìn)行的熱處理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，

保持處理后工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進(jìn)行化

學(xué)熱處理。

表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱

處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過(guò)多的熱量傳入工件內(nèi)部，使

用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱

能，使工件表層或局部能短時(shí)或瞬時(shí)達(dá)到高溫。表面熱處理的主要方

法有火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理，常用的熱源有氧乙烘或氧丙烷等火

焰、感應(yīng)電流、激光和電子束等。

化學(xué)熱處理是通過(guò)改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱

處理工藝。化學(xué)熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層

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的化學(xué)成分。化學(xué)熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介

質(zhì)（氣體、液體、固體）中加熱，保溫較長(zhǎng)時(shí)間，從而使工件表層滲入

碳、氮、硼和倍等元素。滲入元素后，有時(shí)還要進(jìn)行其它熱處理工藝

如淬火及回火?；瘜W(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬。

金屬熱處理工

職業(yè)報(bào)考條件

五級(jí)金屬熱處理工

以上。2.本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)學(xué)徒期滿。

四級(jí)金屬熱處理工

1.取得本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)五級(jí)/初級(jí)工職業(yè)資格證書(shū)（技能等級(jí)證書(shū)）

后，累計(jì)從事本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)工作4年（含）以上。

2.累計(jì)從事本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)工作6年（含）以上。

3.取得技工學(xué)校本專業(yè)或相關(guān)專業(yè)畢業(yè)證書(shū)（含尚未取得畢業(yè)證

書(shū)的在校應(yīng)屆畢業(yè)生）；或取得經(jīng)評(píng)估論證、以中級(jí)技能為培養(yǎng)目標(biāo)

的中等及以上職業(yè)學(xué)校本專業(yè)或相關(guān)專業(yè)畢業(yè)證書(shū)（含尚未取得畢業(yè)

證書(shū)的在校應(yīng)屆畢業(yè)生）。

三級(jí)金屬熱處理工

L取得木職、亞或相關(guān)職業(yè)四級(jí)/中級(jí)工職業(yè)資格證書(shū)（技能等級(jí)證書(shū)）

后累計(jì)從事本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)工作5年（含）以上。

2.取得本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)四級(jí)/中級(jí)工職業(yè)資格證書(shū)（技能等級(jí)證

書(shū)），并具有高級(jí)技工學(xué)校、技師學(xué)院畢業(yè)證書(shū)（含尚未取得畢業(yè)證

書(shū)的在校應(yīng)屆畢業(yè)生）；或取得本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)四級(jí)/中級(jí)工職業(yè)

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資格證書(shū)（技能等級(jí)證書(shū)），并具有經(jīng)評(píng)估論證、以高級(jí)技能為培養(yǎng)

目標(biāo)的高等職業(yè)學(xué)校本專業(yè)或相關(guān)專業(yè)畢業(yè)證書(shū)（含尚未取得畢業(yè)證

書(shū)的在校應(yīng)屆畢業(yè)生）。

3.具有大專及以上本專業(yè)或相關(guān)專業(yè)畢業(yè)證書(shū)，并取得本職業(yè)或

相關(guān)職業(yè)四級(jí)/中級(jí)工職業(yè)資格證書(shū)（技能等級(jí)證書(shū)）后，累計(jì)從事

本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)工作2年（含）以上。

二級(jí)金屬熱處理工1.取得本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)三級(jí)/高級(jí)工職業(yè)資格證

書(shū)（技能等級(jí)證書(shū)）后，累計(jì)從事本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)工作4年（含）

以上。

2.取得本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)三級(jí)/高級(jí)工職業(yè)資格證書(shū)（技能等級(jí)證書(shū)）

的高級(jí)技工學(xué)校、技師學(xué)院畢業(yè)生，累計(jì)從事本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)工作

3年（含）以上；或取得本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)預(yù)備技師證書(shū)的技師學(xué)院

畢業(yè)生，累計(jì)從事本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)工作2年（含）以上。

一級(jí)金屬熱處理工

1.取得本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)二級(jí)/技師職業(yè)資格證書(shū)（技能等級(jí)證

書(shū)）后，累計(jì)從事本職業(yè)或相關(guān)職業(yè)工作4年（含）以上。

一、熱處理工藝之三大類(lèi)

熱處理是將金屬材料放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，

通過(guò)改變材料表面或內(nèi)部的晶相組織結(jié)構(gòu)，來(lái)改變其性能的一種

金屬熱加工工藝。

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熱處理工藝大體分為整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理

三大類(lèi)。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類(lèi)

又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。

加熱是熱處理的重要步驟之一。金屬熱處理的加熱方法很多，

最早是采用木炭和煤作為熱源，進(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的

應(yīng)用使加熱易于控制，且無(wú)環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加

熱，也可以通過(guò)熔融的鹽或金屬，以至浮動(dòng)粒子進(jìn)行間接加熱。

金屬加熱時(shí)，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳（即鋼

鐵零件表面碳含量降低），這對(duì)于熱處理后零件的表面性能有很不

利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中、熔融鹽中

和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱。

加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加

熱溫度，是保證熱處理質(zhì)量的主要問(wèn)題。加熱溫度隨被處理的金

屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以

上，以獲得需要的組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時(shí)間，因此當(dāng)金屬

工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持一定時(shí)間，

使內(nèi)外溫度一致，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時(shí)間稱為保溫時(shí)間。

采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí)，加熱速度極快，一般就沒(méi)有

保溫時(shí)間或保溫時(shí)間很短，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長(zhǎng)。

冷卻也是熱處理工藝過(guò)程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工

藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢,

正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而

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有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進(jìn)行淬

硬。

金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理、局部

熱處理和化學(xué)熱處理等。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的

不同，每一大類(lèi)乂可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬

采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性

能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)

雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類(lèi)繁多。

整體熱處理分為正火，退火，淬火，回火，調(diào)質(zhì)，穩(wěn)定化處

理，固溶處理，水韌處理，失效處理。其中正火、退火、淬火、

回火稱為熱處理中的“四把火”。表面熱處理的主要方法有火焰淬

火和感應(yīng)加熱熱處理?；瘜W(xué)熱處理主要分為滲碳，滲氮，碳氮共

滲等。

以下主要介紹整體熱處理“四把火”的目的及應(yīng)用范圍。

二、整體熱處理工藝之“四把火”

（1）正火

1）正火定義：正火又稱為?；菍⒐ぜ訜嶂罙c3（Ac是

指加熱時(shí)自由鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度，一般是從

7270c到9120c之間）或Acm（Acm是實(shí)后加熱中過(guò)共析鋼完全奧

氏體化的臨界溫度線）以上30~50℃,保溫一段時(shí)間后，從爐中

取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風(fēng)冷卻的金屬熱處理工藝。

2）正火的目的：①去除材料的內(nèi)應(yīng)力；②增加材料的硬度。

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3）正火的主要應(yīng)用范圍有：①用于低碳鋼；②用于中碳鋼；

③用于工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼等；④用于鑄鋼件；⑤用于大型

鍛件；⑥用于球墨鑄鐵。

（2）退火

1）退火定義：指的是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠

時(shí)間，然后以適宜速度冷卻（通常是緩慢冷卻，有時(shí)是控制冷卻）。

2）退火的目的：①降低硬度，改善切削加工性；②消除殘余

應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；③細(xì)化晶粒，調(diào)整組織,

消除組織缺陷；④均勻材料組織和成分，改善材料性能或?yàn)橐院?/p>

熱處理做組織準(zhǔn)備。

3）退火的主要應(yīng)用范圍：①完全退火主要用于亞共析鋼的鑄

件、鍛軋件、焊件，以消除組織缺陷，使組織變細(xì)和變均勻，以

提高鋼件的塑性和韌性；②不完全退火主要用于中碳和高碳鋼及

低合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛軋件，使晶粒變細(xì)，同時(shí)也降低硬度，消除內(nèi)

應(yīng)力，改善被切削性；③球化退火只應(yīng)用于鋼的中退火方法，其

中中碳鋼和高碳鋼硬度低、被切削性好、冷形變能力大；④去應(yīng)

力退火主要適用于毛坯件及經(jīng)過(guò)切削加工的零件，目的是為了消

除毛坯和零件中的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸及形狀，減少零件在

切削加工和使用過(guò)程中的形變和裂紋傾向。

（3）淬火

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1）淬火的定義：將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段

時(shí)間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。常用的

淬冷介質(zhì)有鹽水、水、礦物油、空氣等。

2）淬火的目的：提高鋼件的機(jī)械性能，諸如硬度、耐磨性、

彈性極限、疲勞強(qiáng)度等；改善某些特殊鋼的物理或者化學(xué)性能，

如增強(qiáng)磁鋼的鐵磁性，提高不銹鋼的耐蝕性等。

3）淬火的應(yīng)月范圍：廣泛用于各種工、模、量具及要求表面

耐磨的零件（如齒輪、軋輻、滲碳零件等）。機(jī)械中的重要零件,

尤其在汽車(chē)、飛機(jī)、火箭中應(yīng)用的鋼件幾乎都經(jīng)過(guò)淬火處理。

（4）回火

1）回火的定義：回火一般緊接著淬火進(jìn)行，將經(jīng)過(guò)淬火的工

件