改善鋼的效能，有兩個主要途徑：一是調整鋼的化學成分，加入合金元素，即合金化的辦法；另一是對鋼實施熱處理。這兩者之間有著極為密切，相輔相成的關係，這裡只介紹「鋼的熱處理」。
一、 鋼的熱處理的一般概念
熱處理是一種重要的金屬加工工藝，在機械製造工業中已被廣泛應用。鋼經過正確的熱處理，可提高使用效能，改善工藝效能，達到充分發揮材料效能潛力，提高產品質量，延長使用壽命，提高經濟效益的目的。據初步統計，在工具機製造中，約60%~70%零件要經過熱處理；在汽車、拖拉機製造中需要熱處理的零件多達70%~80%；至於減速器齒輪箱的齒輪和工模具及滾動軸承，則要100%進行熱處理。
總之，重要的零件都必須進行適當的熱處理才能使用。
所謂鋼的熱處理是指將鋼在固態下
進行加熱、保溫和冷卻三個基本過程， 溫
以改變鋼的內部組織結構，從而獲得度
所需效能的一種加工工藝。為簡明表
明表示熱處理的基本工藝過程，通常 ①
用溫度-時間座標繪出熱處理工藝曲線，
如圖1所示，曲線①表示鋼件在加熱時間
公升溫階段，曲線②表示鋼件加熱到規圖1 熱處理工藝曲線示意圖
定溫度後處於保溫階段，曲線③表示鋼件保溫結束後進行淬火冷卻。
鋼熱處理的最基本型別可根據加熱和冷卻方法不同，大致分類如下：
退火正火
普通熱處理- 淬火
回火火焰加熱
熱處理型別表面淬火- 感應加熱
表面熱處理滲碳
化學熱處理- - 滲氮
碳氮共滲
控制氣氛熱處理
其他熱處理-- 真空熱處理
形變熱處理
熱處理可以是機械零件加工製造工藝中的乙個中間工序，如改善鍛、軋、鑄毛坯組織的退火或正火，齒輪箱體消除焊接應力退火和降低工件硬度改善切削加工效能的退火等。也可以是使機械零件效能達到規定技術指標的最終工序，如經淬火加高溫回火，使機械零件獲得極為良好綜合力學效能，例如滲碳齒輪的整個加工工序是：鍛造-退火-粗加工-探傷-正火-精加工-滲碳、淬火、回火-噴丸-（磨齒）。
由此可見，熱處理同其他工藝過程密切，在機械零件加工製造過程中具有十分重要的地位和作用。
二、 普通熱處理
1、鋼的退火和正火
1.1 鋼的退火和正火的定義和目的
退火是一般是將鋼件加熱到臨界溫度以上適當溫度，保溫適當時間後緩慢冷卻，以獲得接近平衡的珠光體組織的熱處理工藝。圖2為gcr15鋼等溫球化退火典型工藝。
溫 780~810
度爐冷 710~720℃
3~6 4~ 6 爐冷
600℃出爐空冷
時間（h）
圖2 gcr15鋼等溫球化退火典型工藝
正火也是將鋼件加熱到臨界溫度以上適當溫度，保溫適當時間後以較快冷卻速度冷卻（通常為空氣中冷卻），以獲得珠光體型別組織的熱處理工藝。圖3為20crmnti正火工藝。
溫 920~950
度650℃ 2~3 空冷
1.5時間 (h
圖3 20crmnti正火工藝
由退火和正火的熱處理工藝可知，正火的冷卻速度比退火快，所以相同鋼材正火比退火（主要指完全退火）後獲得的珠光體組織較細，鋼的強度與韌性、硬度也較高。
退火和正火是應用非常廣泛的熱處理，在機器零件或工模具等工件的加工製造過程中，退火和正火經常作為預先熱處理工序。
機器零件的毛坯一般是軋材、鍛件、鑄件或焊接件等，毛坯料內部常出現各種組織缺陷，如組織不均勻性、晶粒粗大、成分偏析、帶狀組織等，這些缺陷不僅影響以後各種冷熱加工的進行，還會降低零件的最終效能。所以退火和正火用於毛坯的預先熱處理，可以達到以下目的：
1.1.1 消除或改善毛坯料的各種組織缺陷。
1.1.2 獲得最有利於切削加工的組織與硬度。
1.1.3 改善組織中相的形態與分布,細化晶粒,為最終熱處理(淬火回火)作好組織上準備。
1.1.4 消除或降低內應力，以防後繼工序加工後變形或開裂傾響。
退火和正火經常作為預先熱處理工序外，在一些普通鑄鋼件、焊接件、以及某些不重要的熱加工工件上，還作為最終熱處理工序，以改善組織，穩定尺寸。
1.2 退火和正火的正確選用
在生產上對退火和正火工藝的選用，應根據鋼種、前後連線的冷、熱加工工藝、以及最終零件使用條件等來進行。根據鋼中含碳量不同，一般按如下原則選用：
1.2.1 低碳鋼（≤0.
25%c） 這類鋼主要應解決塑性過高造成粘刀而不易切削加工的問題，故採用正火為宜。通過正火使組織均勻，硬度適當提高而易於切削。例如對滲碳鋼，用正火消除鍛造缺陷及提高切削加工效能。
1.2.2 中碳鋼（0.
25%~0.55%c） 這類鋼一般採用正火，其中含碳量0.25%~0.
35%的鋼，正火後其硬度接近於最佳切削加工硬度。對含碳量較高的鋼，硬度雖稍高（200hbs），但由於正火生產率高，成本低，操作簡便，仍採用正火，只有對合金元素含量較高的鋼，因正火後硬度過高，使切削加工困難，才採用完全退火。
1.2.3 高碳鋼（＞0.
55%c） 這類鋼一般採用退火最為適宜，因為含碳量較高，正火後硬度太高，不利於切削加工，而退火後的硬度正好適宜於切削加工。此外，這類鋼多在淬火、回火狀態下使用，因此一般工序安排是以退火降低硬度，然後進行切削加工，最終進行淬火、回火。
當鋼中含有較多合金元素時，上述原則就不適用（由於合金元素強烈地改變了過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線），例如低碳合金鋼18cr2ni4wa沒有珠光體轉變，即使在極緩慢的冷卻速度下退火，也不可能得到珠光體型別組織。一般需用高溫回火來降低硬度，以便切削加工。
2、鋼的淬火
鋼的淬火與回火是熱處理工藝中最重要，也是用途最廣泛的工序。淬火可以顯著提高鋼的強度和硬度。為了消除淬火鋼的殘餘應力，得到不同強度，硬度和韌性配合的效能，需要配以不同溫度的回火。
所以淬火和回火又是不可分割的、緊密銜接在一起的兩種熱處理工藝。淬火、回火作為各種機器零件及工、模具的最終熱處理是賦予鋼件最終效能的關鍵工序，也是鋼件熱處理強化的重要手段之一。
2.1 淬火的定義和目的
把鋼加熱到奧氏體化溫度，保溫一定時間，然後以大於臨界冷卻速度進行冷卻，這種熱處理操作稱為淬火。鋼件淬火後獲得馬氏體或下貝氏體組織。圖4為滲碳齒輪20crni2mo材料淬火、回火工藝。
溫 830度油
冷 200
空冷時間h
圖4 滲碳齒輪20crni2mo材料淬火、回火工藝
淬火的目的一般有：
2.1.1 提高工具、滲碳工件和其他高強度耐磨機器零件等的強度、硬度和耐磨性。
例如高速工具鋼通過淬火回火後，硬度可達63hrc，且具有良好的紅硬性。滲碳工件通過淬火回火後，硬度可達58~63hrc。
2.1.2 結構鋼通過淬火和高溫回火（又稱調質）之後獲得良好綜合力學效能。
例如汽車半軸經淬火和高溫回火（280~320hb）及外圓中頻淬火後，不僅提高了花鍵耐磨性，而且使汽車半軸承受扭轉、彎曲和衝擊載荷能力（尤其是疲勞強度和韌性）大為提高。
淬火時，最常用的冷卻介質是水、鹽水、鹼水和油等。通常碳素鋼用水冷卻，水價廉易得，合金鋼用油來冷卻，但對要求高硬度的軋輥採用鹽水或鹼水冷卻，輥面經淬火後硬度高而均勻，但對操作要求非常嚴格，否則容易產生開裂。
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