热处理过程质量控制技术

一、技术概述      
制造全过程质量控制技术是一种既包括生产技术，又包括生产质量管理的系统工程。实现制造全过程的质量控制其内涵包括两个方面。   
一是要保证优化工艺，提高产品质量；   
二是要保证稳定不变的工艺条件，得到分散度极小的均一产品质量。从表1中可看出机械制造过程质量控制技术所包涵的要素及其相互关系。制造全过程质量控制不仅要靠生产过程的自动化、工艺参数的在线控制、生产工艺参数对工艺效果的模拟优化来实现，而且还必须尽可能控制过程的智能化，这是当前质量控制技术发展的主要方向。      

二、现状及国内外发展趋势      
1.国内外现状   
随着计算机技术的提高和普及，智能控制技术迅猛发展，为成形与改性生产技术的质量控制的实际应用打下了基础。目前各工业国家都相继建立了专门的科研机构，成立了相应的学术团体，出版了有关的刊物和专著。以热处理生产的智能控制为例，我国上海交通大学近二十年来在热处理计算机模拟与智能化理论和实践方面取得了瞩目成就，国家机械工业局北京机电研究所已建立的数据库和专家决策系统以及当前开展的材料热处理组织和性能模拟技术的研究开发亦获得了明显成绩。1995年，国际热处理与表面工程联合会（IFHT）增设了热处理智能化技术委员会，我国上海交通大学潘建生教授担任首任主席。热处理工艺数据库和专家决策系统的建立，为实现热处理质量控制创造了条件。
早在七十年代初，美国金属学会（ASM）、英国的沃尔夫逊热处理中心（Wolfson Heat Treatment Center）以及原南斯拉夫（现克罗地亚）都相继建立了材料与热处理数据库，做到了可以根据机件热处理后力学性能要求进行计算机辅助选材，或已知材料和热处理工艺预见最后的组织和性能。随后欧美、日本等先进工业国家开发出用计算机对各种热处理工艺过程的控制技术，开展了计算机控制下的工艺参数数模控制技术研究，并在生产中获得了应用。   
目前国际知名厂家的许多连续式和周期式热处理生产线都采取了用可编程控制器（Programable Controller）或微处理机的单控或群控，使整个生产工艺过程、炉气碳势、氮势以及其浓度沿深度的分布规律都能实现按预定的要求严格控制。我国的科研院所、大专院校、汽车行业的一些大厂在消化吸收引进技术和自行开发的基础上已基本掌握了这些先进技术。当前，在热处理界已开创了一个广泛利用计算机实现质量控制的新时代。   
2.发展趋势   
质量控制技术发展的前沿突出表现在以下四个方面：   
（1）质量在线控制技术   
热处理质量的在线控制技术中温度、时间和炉气成分是最基本的控制参数。在温度控制方面，国内外已广泛采用可控硅控温技术，结合PID仪表可使热过程温度控制在相当精确范围。对于大型零件和大装炉量的热处理和锻造加热过程，在整炉工件的真空加热中目前已采用专用仪表、可编程控制器、微处理机等实现按工艺要求规定温度变化规律（加热速度、保温台阶、保温时间、随炉冷速、气冷冷速等）施行加热和冷却，并可在工艺过程的自始至终实现时温度的跟踪。在炉气控制方面，从传感器角度在国内外都经历了一个露点法——红外仪——氧探头的发展过程。     
目前在吸热式气氛、氮基合成气氛和滴注式气氛中渗碳，利用氧探头作传感器，在严格控制炉温和炉气良好笔循环的前提下可以使炉气碳势（钢表面含碳量）达到±0.05～0.02%的精度。利用微处理机对温度、炉气碳势、强渗与扩散时间的精确控制，现在国内外都可以实现表面碳含量、渗层深度、渗层碳浓度梯度按一定规律分布的质量的在线控制。对于热处理质量的在线控制技术，目前迫切需要考虑的是直生式可近期气氛渗碳时的碳势精确控制、甲醇—氢—丙酮（煤油）合成气氛渗碳时的工件表面碳浓度分布的自适应控制，锻热淬火生产线温度的在线控制，锻模和冲压模磨损量在线监测等。   
（2）无损检测与评价技术   
对零件质量和内部缺陷进行100%的无损检测是先进制造技术质量控制的发展趋向之一，电、磁、声、光等物理学的进步给无损检测技术以极大的推动，同时由于航空、宇航、核电等工业的高速发展，促使了无损检测技术的飞跃。在无损探伤技术中除了常用的射线、超声波、磁力、电磁感应（涡流）、渗透（荧光、着色）等方法外，近代不断涌现的无损探伤技术有电子透射照相法、高能X射线法、射线层析照相法、光学全息法、超声全息法、红外测试法、微波测试法等。材料和零件性能的无损检测方法中包括有剩磁法、矫顽力法、涡流法、磁噪声法（巴克森效应法）、高次谐波法、超声散射回波法以及声发射法等。   
国外十分注重在线无损检测的应用，以检查管材、型材表面和表面层下缺陷的涡流探伤法为例，德国FORSTER研究所已开发出Φ2～30mm管板材涡流自动检测系统，最高检测速度达到4m/s，最大灵敏度30μm。该研究所还开发出旋转式和穿过式探头系列产品，系列化、产业化的技术已相当成熟。国内近20年来引进了包括传统涡流检测系统、远场涡流、渗层涡流、多频涡流、预多频涡流在内的多项技术和设备仪器，不少单位也自行开发了此类技术，但成熟性不高，引进设备使用好的也不多，大多不能在生产线上正常运行。   
在无损检测的前沿课题中，生产迫切需要解决的有铁磁性管、棒、丝状材料多维涡流检测方法和设备，感应加热表面淬硬层、渗碳淬硬层深度的无损检测方法和设备，批量生产零件热处理后硬度的在线无损检测方法和设备，厚壁容器焊接过程实时检测缺陷图像处理与显示，大批量生产球墨儿铁零件球比率及基体组织的在线无损检测系统，高分辨力X射线在线无损检测系统等。   
（3）统计过程控制（SPC）技术   
统计过程控制（SPC）技术是集生产技术与科学管理于一体的现代质量管理技术，在此方向属于前沿技术的有：渗碳淬火SPC质量控制、精密成形（压铸、精锻等）SPC质量控制和热处理畸变的SPC质量控制等。      
人类的生产过程对于产品质量的控制经历了以下七个步骤：   
①调查了解产品最终质量情况；   
②分析个别明显影响质量的因素；   
③靠人工调节控制这些因素的变化；   
④自动控制这些影响因素；   
⑤用统计方法获得生产效果连续变化的规律；   
⑥全面调查了解影响质量的其它次要因素；   
⑦考虑所有因素，建立完整的理论模型用以控制整个生产过程，得到100%的优质合格产品。   
目前国际上不少工业先进国家的企业已开始试行第七个步骤的SPC生产，据报道SPC技术已在热处理生产中突出地产生了效果。美国FORD公司、DONA公司、英国BLANDBURGH NENO热处理厂都在研究SPC技术用于热处理的质量控制。美国PENNSYLVANIA METALLURGICAL公司在1018钢件碳氮共渗过程中最初有25%工件超过要求深度上限（0.46MM），有0.83%的工件达不到渗层下限（0.20MM），通过统计过程分析，改进了工艺，采取了缩短共渗时间、降低炉气碳势、改进料筐、改善炉气循环等措施，最后使超过上限的工件减少到2.9%，低于下限的工件为0.01%。   
我国成形与改性生产的质量控制过程当前只限于第1～3步骤，个别企业实现了个别影响因素的自动控制，尚谈不到SPC技术的系统研究开发和应用。   
（4）精密传感技术   
在机械制造热加工成形和改性技术中使用最普遍的是温度传感器，在温度传感器中当前最突出的是在高温、特种气氛、特别液体中工作的测温元件，如在高温还原性和渗碳性气氛、高温高真空、高温液态金属、熔盐中长期工作的热电偶。其次是高精确度长寿命、可测量炉气微量氧和碳势的氧化锆氧浓差电池（氧探头），感知材料电磁特性微小变化，从而测出材料性能（硬度、强度、组织缺陷）变化的电磁感应器和显视仪表。还有发射超高频声波、具有高灵敏接收背散射声波能力的探头，感知淬火介质冷却烈度、气液流量、压强、校正施压等精密传感元件。   
国际上90年代以硅为基材，采用微机械加工技术制造的各种传感器发展最快，应用微处理器技术的光学和固态传感器也已被广泛应用，传感器和执行器一体化是今后的重点发展方向，尺寸更微型化、价格更便宜和性能更可靠是传感器发展的主要趋势。   
80年代以来，我国的敏感元器件及传感器的开发和生产已形成产业，1990年的产值已达7.7亿元，高温热电偶、氧探头、热敏、光敏、气敏、湿敏、气压元件等国内都已掌握制造，有产品供应。但这些国产传感器的灵敏度一般比较低，尤其是可靠性差，使用寿命低，某些传感器规格不全，不能满足生产需要，和先进工业国家比较尚有10～20年的差距。       三、“十五”目标及主要研究内容      
1.目标   
（1）以优质、高效、节能、无污染、高可靠性为出发点，掌握成形与改性加工的在线质量控制技术；在批量生产条件下尽可能推广使用各种在线质量控制技术；在汽车、拖拉机、工程机械、紧固件、量刃具等行业初步实现成形与改性加工的在线质量控制生产。   
（2）围绕宇航、航空、核电等重大产品研制与生产的需要，掌握高精度、高灵敏度、快速反应的缺陷和质量的无损检测方法，开发成功铁磁材料在线涡流检测系统并用于钢丝、管棒材的连续检测；掌握热处理淬硬层深度和硬度的在线无损检测系统。   
（3）在完善生产管理、充分各累质量管理数据的基础上，掌握统计过程质量控制（SPC）技术，并首先在汽车、拖拉机、标准件等有批量生产的行业推广应用。   
（4）以成形与改性质量控制技术应用的传感器的质量、品种、可靠性和使用寿命为出发点，研究开发出真空和还原性气体介质中耐用的高温热电偶和热电偶保护材料、1100℃以上高温测量用的辐射高温计热敏、光敏元件、在1000～1100℃和760℃以下使用的长寿命氧探头（ZO浓差电池）、超高频高灵敏度超声波探头、淬火介质冷却能力测定的高性能探头、热处理裂纹在线监控的电磁涡流传感器等。   
2.主要研究内容   
（1）锻热淬火生产线温度的在线智能控制技术。解决快速均匀加热方法和不用均热炉保持工件锻后淬火前温度的均匀性问题。在锻压成形过程中推广使用高效、无污染、少氧化的感应加热方法，通过对感应电源功率和加热时间的智能控制，使工件锻造加热温度和锻后淬火温度严格保持在规定范围内。   
（2）锻压模具和冲压模具磨损量的在线检测技术。研究采用光学多向投影技术在线测量锻压模具和冲压模具的磨损具，达到及时报警、提醒操作者更换新模具，以保证锻件和冲压件的质量和尺寸精度。   
（3）直生式气氛渗碳的碳势在线精确控制技术。在煤油加空气滴注式渗碳基础上，研究开发出一套可精确控制炉内气氛的系统，实现在多用炉中的炉气碳势在线监控。   
（4）在合成气氛中渗碳时的渗层和渗层碳浓度分布在自适应控制技术。研究利用计算机在线控制强渗期和扩散期的碳势，自动施行强渗到扩散的转换，自动控制表面至含碳量0.4%处的深度，并在渗层深度40%处的含碳量只比表面含碳量低0.1%，实现所谓的碳浓度分布轮廓三点控制。   
（5）铁磁性管、棒、丝型材料和零部件缺陷快速检测方法及设备。可对我缝钢管、焊管、细棒、弹簧丝等铁磁性管、棒、丝型材和零部件缺陷进行快速准确检测，检测速度0.5～4m/s，旋转探头转速3000～6000rpm，检测深度≥30μm，检测精度为最小缺陷深度30μm，检测频率在1kHz～3MHz范围内可调。可检测Φ5～25mm管棒丝材。   
（6）钢件热处理后的硬度在线无损检测方法和设备。开发对常用碳钢（如45钢）和合金钢（如40Cr钢）零件可准确测定硬度的无损检测方法，研制相应的仪器和记录分选机构，用于柴油机连杆、轴承套圈、滚柱等零件的在线连续检测。 （7）表面淬硬层深度无损检测方法及设备。通过对超声背散身材技术的研究，研制移动式可无损测定轧辊及轴类件热处理淬硬层的装置，适用于批量生产100%的快速检测，淬硬层测定范围2～20mm，测量时间≤2s，测量精度±0.2mm。   （8）智能型高分辩率在线自动无损检测系统。研制开发智能型高分辩率X射线在线自动检测系统，用以连续检测国产压力容器焊缝。包括研制高分辩率实时图像采信系统，设计和完成预处理及特征提取光学系统，研究常见缺陷特征，设计学习矩阵和联想存贮器，对关键零件进行智能检测并评价缺陷影响。主要技术参数：灵敏度1.5%；分辨率Φ0.1mm（钢丝）；清晰度为水平≥500线、垂直≥450线；误判漏判率0%；工作节拍2min/件。   
（9）激光表面合金化时表面裂纹的在线检测方法和仪器。研究开发灵敏可靠的表面裂纹检测方法和仪器设备，实现激光表面合金化的在线质量监控过程。   
（10）国家重点工程和重大装备发展所需的检测设备的开发研制。包括高速路轨探伤车、核电站反应堆压力容器在役自动超声检测系统、核电站蒸发器管道在役涡流自动检测系统、厚壁容器焊接过程实时检测缺陷图像处理与显示系统、地中心孔电站转子相控阵超声检测断面显示技术和设备。   
（11）统计过程控制（SPC）技术。重点包括渗碳淬火SPC质量控制技术、热处理变形SPC质量控制技术、精密成形SPC质量控制技术。依据数据库按照质量要求优选出各种工艺因素和生产条件并采用计算机模拟和控制，实现在线的SPC控制。   
（12）精密传感技术。研究开发的主要内容包括：提高氧探头测量精度和延长使用寿命；真空、高碳势气氛中高温检测温度传感器；超高频高灵敏度超志波探头；渗氮时的氮势传感器；淬火介质冷却烈度适时检测传感器；提高氧探头对碳黑的抵抗能力和在760℃以下工作的可能性。

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我提供如下资料：正火是一种低成本的热处理方案。
将亚共析碳钢加热到Ac3以上30～50℃，过共析碳钢加热到Accm以上30～50℃，保温，空气中冷却的方法称为正火。
适用于碳素钢及中、低合金钢，因为高合金钢的奥氏体非常稳定，即使在空气中冷却也会获得马氏体组织。对于低碳钢、低碳低合金钢，细化晶粒，提高硬度（140～190HBS），改善切削加工性能；对于过共析钢，消除二次网状渗碳体，有利于球化退火的进行。


1.钢的退火
退火是生产中常用的预备热处理工艺。大部分机器零件及工、模具的毛坯经退火后，可消除铸、锻及焊件的内应力与成分的组织不均匀性；能改善和调整钢的力学性能，为下道工序作好组织准备。对性能要求不高、不太重要的零件及一些普通铸件、焊件，退火可作为最终热处理。
钢的退火是把钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。退火的目的在于均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力并为零件最终热处理作好组织准备。
钢的退火工艺种类颇多，按加热温度可分为两大类：一类是在临界温度（Ac3或Ac1）以上的退火，也称为相变重结晶退火。包括完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火和扩散退火等；另一类是在临界温度（Ac1）以下的退火，也称低温退火。包括再结晶退火、去应力和去氢退火等。按冷却方式可分为连续冷却退火及等温退火等。
2.钢的淬火与回火
钢的淬火与回火是热处理工艺中很重要的、应用非常广泛的工序。淬火能显著提高钢的强度和硬度。如果再配以不同温度的回火，即可消除（或减轻）淬火内应力，又能得到强度、硬度和韧性的配合，满足不同的要求。所以，淬火和回火是密不可分的两道热处理工艺。
2.1 钢的淬火
淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于临界冷却速度（Vc）冷却，以得到马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。
2.2 钢的回火
回火是将淬火钢加热至A1点以下某一温度保温一定时间后，以适当方式冷到室温的热处理工艺。它是紧接淬火的下道热处理工序，同时决定了钢在使用状态下的组织和性能，关系着工件的使用寿命，故是关键工序。
回火的主要目的是减少或消除淬火应力；保证相应的组织转变，使工件尺寸和性能稳定；提高钢的热性和塑性，选择不同的回火温度，获得硬度、强度、塑性或韧性的适当配合，以满足不同工件的性能要求。

退火
annealing

　　将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。退火工艺随目的之不同而有多种，如重结晶退火、等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。

　　退火的一个最主要工艺参数是最高加热温度（退火温度），大多数合金的退火加热温度的选择是以该合金系的相图为基础的,如碳素钢以铁碳平衡图为基础（图1）。各种钢(包括碳素钢及合金钢)的退火温度，视具体退火目的的不同而在各该钢种的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一温度。各种非铁合金的退火温度则在各该合金的固相线温度以下、固溶度线温度以上或以下的某一温度。

　　重结晶退火 应用于平衡加热和冷却时有固态相变(重结晶)发生的合金。其退火温度为各该合金的相变温度区间以上或以内的某一温度。加热和冷却都是缓慢的。合金于加热和冷却过程中各发生一次相变重结晶，故称为重结晶退火，常被简称为退火。

　　这种退火方法，相当普遍地应用于钢。钢的重结晶退火工艺是:缓慢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（共析钢或过共析钢）以上30～50℃，保持适当时间，然后缓慢冷却下来。通过加热过程中发生的珠光体（或者还有先共析的铁素体或渗碳体）转变为奥氏体（第一回相变重结晶）以及冷却过程中发生的与此相反的第二回相变重结晶，形成晶粒较细、片层较厚、组织均匀的珠光体(或者还有先共析铁素体或渗碳体)。退火温度在Ac3以上（亚共析钢）使钢发生完全的重结晶者，称为完全退火，退火温度在Ac1与Ac3之间 (亚共析钢)或Ac1与Acm之间（过共析钢）,使钢发生部分的重结晶者,称为不完全退火。前者主要用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊件，以消除组织缺陷（如魏氏组织、带状组织等），使组织变细和变均匀，以提高钢件的塑性和韧性。后者主要用于中碳和高碳钢及低合金结构钢的锻轧件。此种锻、轧件若锻、轧后的冷却速度较大时，形成的珠光体较细、硬度较高；若停锻、停轧温度过低，钢件中还有大的内应力。此时可用不完全退火代替完全退火，使珠光体发生重结晶,晶粒变细，同时也降低硬度，消除内应力,改善被切削性。此外,退火温度在Ac1与Acm之间的过共析钢球化退火,也是不完全退火。


　　重结晶退火也用于非铁合金，例如钛合金于加热和冷却时发生同素异构转变，低温为 α相(密排六方结构)，高温为 β相（体心立方结构），其中间是“α＋β”两相区，即相变温度区间。为了得到接近平衡的室温稳定组织和细化晶粒，也进行重结晶退火，即缓慢加热到高于相变温度区间不多的温度，保温适当时间，使合金转变为β相的细小晶粒；然后缓慢冷却下来，使β相再转变为α相或α＋β两相的细小晶粒。

　　等温退火 应用于钢和某些非铁合金如钛合金的一种控制冷却的退火方法。对钢来说，是缓慢加热到 Ac3（亚共析钢）或 Ac1（共析钢和过共析钢）以上不多的温度，保温一段时间,使钢奥氏体化,然后迅速移入温度在A1以下不多的另一炉内，等温保持直到奥氏体全部转变为片层状珠光体（亚共析钢还有先共析铁素体；过共析钢还有先共析渗碳体）为止，最后以任意速度冷却下来(通常是出炉在空气中冷却)。等温保持的大致温度范围在所处理钢种的等温转变图上A1至珠光体转变鼻尖温度这一区间之内(见过冷奥氏体转变图)；具体温度和时间，主要根据退火后所要求的硬度来确定（图2）。等温温度不可过低或过高，过低则退火后硬度偏高；过高则等温保持时间需要延长。钢的等温退火的目的，与重结晶退火基本相同,但工艺操作和所需设备都比较复杂,所以通常主要是应用于过冷奥氏体在珠光体型相变温度区间转变相当缓慢的合金钢。后者若采用重结晶退火方法，往往需要数十小时，很不经济；采用等温退火则能大大缩短生产周期，并能使整个工件获得更为均匀的组织和性能。等温退火也可在钢的热加工的不同阶段来用。例如,若让空冷淬硬性合金钢由高温空冷到室温时，当心部转变为马氏体之时，在已发生了马氏体相变的外层就会出现裂纹;若将该类钢的热钢锭或钢坯在冷却过程中放入700℃左右的等温炉内，保持等温直到珠光体相变完成后，再出炉空冷，则可免生裂纹。

　　含β相稳定化元素较高的钛合金，其β相相当稳定，容易被过冷。过冷的β相，其等温转变动力学曲线（图3）与钢的过冷奥氏体等温转变图相似。为了缩短重结晶退火的生产周期并获得更细、更均匀的组织，亦可采用等温退火。

　　均匀化退火 亦称扩散退火。应用于钢及非铁合金（如锡青铜、硅青铜、白铜、镁合金等）的铸锭或铸件的一种退火方法。将铸锭或铸件加热到各该合金的固相线温度以下的某一较高温度,长时间保温,然后缓慢冷却下来。均匀化退火是使合金中的元素发生固态扩散，来减轻化学成分不均匀性（偏析），主要是减轻晶粒尺度内的化学成分不均匀性（晶内偏析或称枝晶偏析）。均匀化退火温度所以如此之高，是为了加快合金元素扩散，尽可能缩短保温时间。合金钢的均匀化退火温度远高于Ac3，通常是1050～1200℃。非铁合金锭进行均匀化退火的温度一般是“0.95×固相线温度(K)”,均匀化退火因加热温度高，保温时间长，所以热能消耗量大。


　　球化退火 只应用于钢的一种退火方法。将钢加热到稍低于或稍高于Ac1的温度或者使温度在A1上下周期变化，然后缓冷下来。目的在于使珠光体内的片状渗碳体以及先共析渗碳体都变为球粒状，均匀分布于铁素体基体中(这种组织称为球化珠光体)。具有这种组织的中碳钢和高碳钢硬度低、被切削性好、冷形变能力大。对工具钢来说，这种组织是淬火前最好的原始组织。
　　球化退火的具体工艺（图4）有：①普通（缓冷）球化退火（图4a），缓冷适用于多数钢种，尤其是装炉量大时，操作比较方便，但生产周期长；②等温球化退火（图4b），适用于多数钢种，特别是难于球化的钢以及球化质量要求高的钢（如滚动轴承钢）；其生产周期比普通球化退火短，不过需要有能够控制共析转变前冷却速率的炉子；③周期球化退火（图4c），适用于原始组织为片层状珠光体组织的钢，其生产周期也比普通球化退火短，不过在设备装炉量大的条件下，很难按控制要求改变温度，故在生产中未广泛采用；④低温球化退火（图4d），适用于经过冷形变加工的钢以及淬火硬化过的钢（后者通常称为高温软化回火）；⑤形变球化退火，形变加工对球化有加速作用,将形变加工与球化结合起来,可缩短球化时间。它适用于冷、热形变成形的钢件和钢材（如带材）（图4e是在Acm或Ac3与Ac1之间进行短时间、大形变量的热形变加工者；图4f是在常温先予以形变加工者；图4g是利用锻造余热进行球化者）。

　　再结晶退火 应用于经过冷变形加工的金属及合金的一种退火方法。目的为使金属内部组织变为细小的等轴晶粒，消除形变硬化，恢复金属或合金的塑性和形变能力（回复和再结晶）。若欲保持金属或合金表面光亮，则可在可控气氛的炉中或真空炉中进行再结晶退火。

　　去除应力退火 铸、锻、焊件在冷却时由于各部位冷却速度不同而产生内应力，金属及合金在冷变形加工中以及工件在切削加工过程中也产生内应力。若内应力较大而未及时予以去除，常导致工件变形甚至形成裂纹。去除应力退火是将工件缓慢加热到较低温度（例如，灰口铸铁是500～550℃，钢是500～650℃），保温一段时间,使金属内部发生弛豫，然后缓冷下来。应该指出,去除应力退火并不能将内应力完全去除，而只是部分去除，从而消除它的有害作用。


　　还有一些专用退火方法，如不锈耐酸钢稳定化退火；软磁合金磁场退火；硅钢片氢气退火；可锻铸铁可锻化退火等。


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退火 annealing

　　将工件加热到预定温度，保温一定的时间后缓慢冷却的金属热处理工艺。退火的目的在于：①改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。②软化工件以便进行切削加工。③细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。④为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。常用的退火工艺有：①完全退火。用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上30～50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。②球化退火。用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上20～40℃，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。③等温退火。用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低。④再结晶退火。用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象（硬度升高、塑性下降）。加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50～150℃ ，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。⑤石墨化退火。用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。工艺操作是将铸件加热到950℃左右 ，保温一定时间后适当冷却 ，使渗碳体分解形成团絮状石墨。⑥扩散退火。用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。方法是在不发生熔化的前提下 ，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。⑦去应力退火。用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100～200℃，保温后在空气中冷却，即可消除内应力。
退火
    为了消除塑料制品的内应力或控制结晶过程，将制品加热到适当的温度并保持一定时间，而后慢慢冷却的操作。

回火

tempering

　　将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理。钢铁工件在淬火后具有以下特点：①得到了马氏体 、贝氏体、残余奥氏体等不平衡（即不稳定）组织。②存在较大内应力。③力学性能不能满足要求。因此，钢铁工件淬火后一般都要经过回火。

　　作用 回火的作用在于：①提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。②消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。③调整钢铁的力学性能以满足使用要求。

　　回火之所以具有这些作用，是因为温度升高时，原子活动能力增强，钢铁中的铁、碳和其他合金元素的原子可以较快地进行扩散，实现原子的重新排列组合，从而使不稳定的不平衡组织逐步转变为稳定的平衡组织。内应力的消除还与温度升高时金属强度降低有关。一般钢铁回火时，硬度和强度下降，塑性提高。回火温度越高，这些力学性能的变化越大。有些合金元素含量较高的合金钢，在某一温度范围回火时，会析出一些颗粒细小的金属化合物，使强度和硬度上升。这种现象称为二次硬化。

　　要求 用途不同的工件应在不同温度下回火，以满足使用中的要求。①刀具、轴承、渗碳淬火零件、表面淬火零件通常在250℃以下进行低温回火 。低温回火后硬度变化不大，内应力减小 ，韧性稍有提高 。②弹簧在 350～500℃下中温回火，可获得较高的弹性和必要的韧性。③中碳结构钢制作的零件通常在500～600℃进行高温回火，以获得适宜的强度与韧性的良好配合。淬火加高温回火的热处理工艺总称为调质。

　　钢在300℃左右回火时 ，常使其脆性增大，这种现象称为第一类回火脆性。一般不应在这个温度区间回火。某些中碳合金结构钢在高温回火后，如果缓慢冷至室温，也易于变脆。这种现象称为第二类回火脆性。在钢中加入钼，或回火时在油或水中冷却，都可以防止第二类回火脆性。将第二类回火脆性的钢重新加热至原来的回火温度，便可以消除这种脆性。

上面是我关于热处理的一些借鉴别人的资料，希望与各位共享。谢谢！

书上都有的

lz的文章是从哪篇科研项目的可行性报告上节选出来的吧？

我补充一点自己的心得和体会：
热处理质量控制比较难，尤其要求很高的零件，需要在两个或多个相互矛盾的因素之间找平衡点，而且往往这个平衡点处的工艺窗口很窄，给生产带来很大问题，要求操作人员素质高而且敬业。现在工厂生产中出现的很多问题不是技术不过关，也不是工艺不过关，而往往是操作人员不严格按照工艺执行，导致产品性能不稳定。此外，热处理炉的工况也对热处理零件有很大影响，炉膛内的均温区很小，温差过大，超出工艺窗口导致产品性能不合也是常有的事。

所以，人和设备都很重要。目前国内只强调设备和工艺，而不注重人的作用（正面的和负面的），不注重操作人员的执行能力，往往导致在实验室得出的比国外还好的工艺方案，在生产中却问题不断。工厂反过来却埋怨科研单位糊弄人。这是现在国内所有工厂的问题，这个问题不解决，把世界最优秀的工艺拿过来，我们也生产不出合格的产品来！