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理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業中應用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容。

另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能，以獲得不同的使用性能。

熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量，而這一般不是肉眼所能看到的。

熱處理的作用就是提高材料的機械性能、消除殘余應力和改善金屬的切削加工性。按照熱處理不同的目的，熱處理工藝可分為兩大類：預備熱處理和最終熱處理。

1.預備熱處理

預備熱處理的目的是改善加工性能、消除內應力和為最終熱處理準備良好的金相組織。其熱處理工藝有退火、正火、時效、調質等。

1）退火和正火

退火和正火用于經過熱加工的毛坯。含碳量大于0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低其硬度易于切削，常采用退火處理；含碳量低于0.5%的碳鋼和合金鋼，為避免其硬度過低切削時粘刀，而采用正火處理。退火和正火尚能細化晶粒、均勻組織，為以后的熱處理作準備。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前進行。

2）時效處理

時效處理主要用于消除毛坯制造和機械加工中產生的內應力。

為避免過多運輸工作量，對于一般精度的零件，在精加工前安排一次時效處理即可。但精度要求較高的零件（如座標鏜床的箱體等），應安排兩次或數次時效處理工序。簡單零件一般可不進行時效處理。

除鑄件外，對于一些剛性較差的精密零件（如精密絲杠），為消除加工中產生的內應力，穩定零件加工精度，常在粗加工、半精加工之間安排多次時效處理。有些軸類零件加工，在校直工序后也要安排時效處理。

3）調質

調質即是在淬火后進行高溫回火處理，它能獲得均勻細致的回火索氏體組織，為以后的表面淬火和滲氮處理時減少變形作準備，因此調質也可作為預備熱處理。

由于調質后零件的綜合力學性能較好，對某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作為最終熱處理工序。

2.最終熱處理

最終熱處理的目的是提高硬度、耐磨性和強度等力學性能。

1）淬火

淬火有表面淬火和整體淬火。其中表面淬火因為變形、氧化及脫碳較小而應用較廣，而且表面淬火還具有外部強度高、耐磨性好，而內部保持良好的韌性、抗沖擊力強的優點。為提高表面淬火零件的機械性能，常需進行調質或正火等熱處理作為預備熱處理。其一般工藝路線為：下料--鍛造--正火（退火）--粗加工--調質--半精加工--表面淬火--精加工。

2）滲碳淬火

滲碳淬火適用于低碳鋼和低合金鋼，先提高零件表層的含碳量，經淬火后使表層獲得高的硬度，而心部仍保持一定的強度和較高的韌性和塑性。滲碳分整體滲碳和局部滲碳。局部滲碳時對不滲碳部分要采取防滲措施（鍍銅或鍍防滲材料）。由于滲碳淬火變形大，且滲碳深度一般在0.5~2mm之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。

其工藝路線一般為：下料-鍛造-正火-粗、半精加工-滲碳淬火-精加工。

當局部滲碳零件的不滲碳部分采用加大余量后，切除多余的滲碳層的工藝方案時，切除多余滲碳層的工序應安排在滲碳后，淬火前進行。

3）滲氮處理

滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法。滲氮層可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度和抗蝕性。由于滲氮處理溫度較低、變形小、且滲氮層較薄（一般不超過0.6~0.7mm），滲氮工序應盡量靠后安排，為減小滲氮時的變形，在切削后一般需進行消除應力的高溫回火。