第二節(jié) 熱處理
熱處理是通過加熱和冷卻固態(tài)金屬的操作方法來改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，并獲得所需金屬的物理、化學(xué)和力學(xué)性能的一種工藝。任何一種熱處理都是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成的。
焊接熱源的高溫區(qū)不僅使被焊接金屬熔化，而且使熔池接鄰的母材都受到了熱作用的影響（稱為熱影響區(qū)或近縫區(qū)）。焊接接頭包括焊縫及熱影響區(qū)。在焊接條件下，金屬被加熱的速度要快得多，其間金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)來不及全部轉(zhuǎn)化（即對(duì)碳素鋼奧氏體的轉(zhuǎn)化和碳化物熔解過程不充分）。以致影響冷卻過程中接頭處的組織與性能，也影響了設(shè)備、構(gòu)件的使用性能等。如焊接部位常出現(xiàn)脆性破壞、延遲裂紋、應(yīng)力腐蝕和氫腐蝕等。因此需要通過熱處理工藝來使焊接殘余應(yīng)力松弛、淬硬區(qū)軟化，改善內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，降低氫量，提高耐腐蝕性、沖擊韌性、蠕變極限等。
一、常用熱處理方法
安裝工程施工中的熱處理一般分為焊前預(yù)熱和焊后熱處理兩部分。
（一）焊前預(yù)熱
預(yù)熱是焊接時(shí)的一項(xiàng)重大工藝措施，尤其是焊接厚工件，對(duì)其進(jìn)行焊前預(yù)熱，可防止或減少應(yīng)力的產(chǎn)生。
焊件是否需要預(yù)熱以及預(yù)熱溫度是多少，應(yīng)根據(jù)鋼材的化學(xué)成分（淬硬性）、板厚、容器的結(jié)構(gòu)剛性、焊接形式、焊接方法和焊接材料及環(huán)境溫度等綜合考慮。具體情況可參照有關(guān)規(guī)定。構(gòu)件尺寸不大時(shí)，可進(jìn)行整體預(yù)熱，如構(gòu)件尺寸很大，整體預(yù)熱反而會(huì)增加溫度分布不均，對(duì)防止產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力毫無好處。
（二）焊后熱處理
安裝工程施工中，常遇到的焊后熱處理過程，主要有退火、回火、正火及淬火工藝。
1．鋼的退火工藝
根據(jù)鋼材的加熱溫度、保持時(shí)間及冷卻狀況可分為完全退火、不完全退火、去應(yīng)力退火三種。
（1）完全退火。
（1） 不完全退火。
（3）去應(yīng)力退火。其目的是為了去除由于形變加工、機(jī)械加工、鑄造、鍛造、熱處理及焊接等過程中的殘余應(yīng)力。對(duì)于焊接鋼件，一般其加熱溫度為500~550℃。保溫時(shí)間為2~4h。當(dāng)薄壁、易變形件焊接時(shí)，退火溫度應(yīng)低于下限溫度。
2．鋼的正火工藝
其目的是消除、細(xì)化組織、改善切削加工性能及淬火前的預(yù)熱處理，也是某些結(jié)構(gòu)件的最終熱處理。
正火較退火的冷卻速度快，過冷度較大，其得到的組織結(jié)構(gòu)不同于退火，性能也不同，如經(jīng)正火處理的工件其強(qiáng)度、硬度、韌性較退火為高，而且生產(chǎn)周期短，能量耗費(fèi)少，故在可能情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮正火處理。
3．鋼的淬火工藝
淬火是將鋼奧氏體化后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻，使工件在橫截面內(nèi)全部或一定范圍內(nèi)發(fā)生馬氏體不穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。其目的是為了提高鋼件的硬度、強(qiáng)度、和耐磨性，多用于各種工模具、軸承、零件等。
4．鋼的回火工藝
回火是將經(jīng)過淬火的工件加熱到臨界點(diǎn)Ac1以下適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，隨后用符合要求方式冷卻，以獲得所需的組織結(jié)構(gòu)和性能。其目的是調(diào)整工件的強(qiáng)度、硬度、韌性等力學(xué)性能，降低或消除應(yīng)力，避免變形、開裂，并保持使用過程中的尺寸穩(wěn)定。
回火按不同的加熱溫度可分為：
（1）低溫回火。將鋼件加熱到150~250℃回火，穩(wěn)定組織，以得到高的硬度與耐磨性，降低內(nèi)應(yīng)力及脆性。主要用于各種高碳鋼的切削工具、模具、流動(dòng)軸承等的回火處理。
（2）中溫回火。將鋼件加熱到250~500℃回火，使工件得到好的彈性、韌性及相應(yīng)的硬度，一般適用于中等硬度的零件、彈簧等。
（3）高溫回火。將鋼件加熱到500~700℃回火，即調(diào)質(zhì)處理，因此可獲得較高的力學(xué)性能，如高強(qiáng)度、彈性極限和較高的韌性。主要用于重要結(jié)構(gòu)零件。鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后不僅強(qiáng)度較高，而且塑性韌性更顯著超過正火處理的情況。
（三）熱處理方法的選擇
焊后熱處理一般選用單一高溫回火或正火加高溫回火處理。對(duì)于氣焊焊口采用正火加高溫回火處理。這是因?yàn)闅夂傅暮缚p及熱影響區(qū)的晶粒粗大，需細(xì)化晶粒，故采用正火處理。然而單一的正火不能消除殘余應(yīng)力，故需再加高溫回火，以消除應(yīng)力。單一的中溫回火只適用于工地拼裝的大型普通低碳鋼容器的組裝焊縫，其目的是為了達(dá)到部分消除殘余應(yīng)力和去氫。絕大多數(shù)場(chǎng)合是選用單一的高溫回火。高溫回火溫度范圍為500~780℃（一般要求不超過800℃），熱處理的加熱和冷卻力求內(nèi)外壁均勻。
二、焊后熱處理的加熱方法
（一）感應(yīng)加熱
鋼材在交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，因渦流和磁滯作用使鋼材發(fā)熱，即感應(yīng)加熱。。
（二）輻射加熱
輻射加熱由熱源把熱量輻射到金屬表面，再由金屬表面把熱量向其他方向傳導(dǎo)。
例題1．工件經(jīng)熱處理后，其強(qiáng)度、硬度較退火為高，而且生產(chǎn)周期短，能耗低，故在可能的情況下應(yīng)優(yōu)先考慮，此種熱處理工藝為（ ）
A. 正火工藝 B. 淬火工藝
C. 回火工藝 D. 高溫回火工藝
答案：A．正火工藝
例題2根據(jù)鋼材的加熱溫度、保持時(shí)間及冷卻狀況，可將退火工藝分為（ ）。
A．完全退火 B．不完全退火
C．去氫退火 D．去應(yīng)力退火
答案：A．完全退火 B．不完全退火 D．去應(yīng)力退火
例題3工作焊接后需進(jìn)行熱處理時(shí)，一般應(yīng)選用的熱處理方法有（ ）。
A．單一高溫回火 B．正火
C．正火加高溫回火 D．中溫回火
答案：A．單一高溫回火 C．正火加高溫回火
熱處理是通過加熱和冷卻固態(tài)金屬的操作方法來改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，并獲得所需金屬的物理、化學(xué)和力學(xué)性能的一種工藝。任何一種熱處理都是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成的。
焊接熱源的高溫區(qū)不僅使被焊接金屬熔化，而且使熔池接鄰的母材都受到了熱作用的影響（稱為熱影響區(qū)或近縫區(qū)）。焊接接頭包括焊縫及熱影響區(qū)。在焊接條件下，金屬被加熱的速度要快得多，其間金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)來不及全部轉(zhuǎn)化（即對(duì)碳素鋼奧氏體的轉(zhuǎn)化和碳化物熔解過程不充分）。以致影響冷卻過程中接頭處的組織與性能，也影響了設(shè)備、構(gòu)件的使用性能等。如焊接部位常出現(xiàn)脆性破壞、延遲裂紋、應(yīng)力腐蝕和氫腐蝕等。因此需要通過熱處理工藝來使焊接殘余應(yīng)力松弛、淬硬區(qū)軟化，改善內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，降低氫量，提高耐腐蝕性、沖擊韌性、蠕變極限等。
一、常用熱處理方法
安裝工程施工中的熱處理一般分為焊前預(yù)熱和焊后熱處理兩部分。
（一）焊前預(yù)熱
預(yù)熱是焊接時(shí)的一項(xiàng)重大工藝措施，尤其是焊接厚工件，對(duì)其進(jìn)行焊前預(yù)熱，可防止或減少應(yīng)力的產(chǎn)生。
焊件是否需要預(yù)熱以及預(yù)熱溫度是多少，應(yīng)根據(jù)鋼材的化學(xué)成分（淬硬性）、板厚、容器的結(jié)構(gòu)剛性、焊接形式、焊接方法和焊接材料及環(huán)境溫度等綜合考慮。具體情況可參照有關(guān)規(guī)定。構(gòu)件尺寸不大時(shí)，可進(jìn)行整體預(yù)熱，如構(gòu)件尺寸很大，整體預(yù)熱反而會(huì)增加溫度分布不均，對(duì)防止產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力毫無好處。
（二）焊后熱處理
安裝工程施工中，常遇到的焊后熱處理過程，主要有退火、回火、正火及淬火工藝。
1．鋼的退火工藝
根據(jù)鋼材的加熱溫度、保持時(shí)間及冷卻狀況可分為完全退火、不完全退火、去應(yīng)力退火三種。
（1）完全退火。
（1） 不完全退火。
（3）去應(yīng)力退火。其目的是為了去除由于形變加工、機(jī)械加工、鑄造、鍛造、熱處理及焊接等過程中的殘余應(yīng)力。對(duì)于焊接鋼件，一般其加熱溫度為500~550℃。保溫時(shí)間為2~4h。當(dāng)薄壁、易變形件焊接時(shí)，退火溫度應(yīng)低于下限溫度。
2．鋼的正火工藝
其目的是消除、細(xì)化組織、改善切削加工性能及淬火前的預(yù)熱處理，也是某些結(jié)構(gòu)件的最終熱處理。
正火較退火的冷卻速度快，過冷度較大，其得到的組織結(jié)構(gòu)不同于退火，性能也不同，如經(jīng)正火處理的工件其強(qiáng)度、硬度、韌性較退火為高，而且生產(chǎn)周期短，能量耗費(fèi)少，故在可能情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮正火處理。
3．鋼的淬火工藝
淬火是將鋼奧氏體化后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻，使工件在橫截面內(nèi)全部或一定范圍內(nèi)發(fā)生馬氏體不穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。其目的是為了提高鋼件的硬度、強(qiáng)度、和耐磨性，多用于各種工模具、軸承、零件等。
4．鋼的回火工藝
回火是將經(jīng)過淬火的工件加熱到臨界點(diǎn)Ac1以下適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，隨后用符合要求方式冷卻，以獲得所需的組織結(jié)構(gòu)和性能。其目的是調(diào)整工件的強(qiáng)度、硬度、韌性等力學(xué)性能，降低或消除應(yīng)力，避免變形、開裂，并保持使用過程中的尺寸穩(wěn)定。
回火按不同的加熱溫度可分為：
（1）低溫回火。將鋼件加熱到150~250℃回火，穩(wěn)定組織，以得到高的硬度與耐磨性，降低內(nèi)應(yīng)力及脆性。主要用于各種高碳鋼的切削工具、模具、流動(dòng)軸承等的回火處理。
（2）中溫回火。將鋼件加熱到250~500℃回火，使工件得到好的彈性、韌性及相應(yīng)的硬度，一般適用于中等硬度的零件、彈簧等。
（3）高溫回火。將鋼件加熱到500~700℃回火，即調(diào)質(zhì)處理，因此可獲得較高的力學(xué)性能，如高強(qiáng)度、彈性極限和較高的韌性。主要用于重要結(jié)構(gòu)零件。鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后不僅強(qiáng)度較高，而且塑性韌性更顯著超過正火處理的情況。
（三）熱處理方法的選擇
焊后熱處理一般選用單一高溫回火或正火加高溫回火處理。對(duì)于氣焊焊口采用正火加高溫回火處理。這是因?yàn)闅夂傅暮缚p及熱影響區(qū)的晶粒粗大，需細(xì)化晶粒，故采用正火處理。然而單一的正火不能消除殘余應(yīng)力，故需再加高溫回火，以消除應(yīng)力。單一的中溫回火只適用于工地拼裝的大型普通低碳鋼容器的組裝焊縫，其目的是為了達(dá)到部分消除殘余應(yīng)力和去氫。絕大多數(shù)場(chǎng)合是選用單一的高溫回火。高溫回火溫度范圍為500~780℃（一般要求不超過800℃），熱處理的加熱和冷卻力求內(nèi)外壁均勻。
二、焊后熱處理的加熱方法
（一）感應(yīng)加熱
鋼材在交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，因渦流和磁滯作用使鋼材發(fā)熱，即感應(yīng)加熱。。
（二）輻射加熱
輻射加熱由熱源把熱量輻射到金屬表面，再由金屬表面把熱量向其他方向傳導(dǎo)。
例題1．工件經(jīng)熱處理后，其強(qiáng)度、硬度較退火為高，而且生產(chǎn)周期短，能耗低，故在可能的情況下應(yīng)優(yōu)先考慮，此種熱處理工藝為（ ）
A. 正火工藝 B. 淬火工藝
C. 回火工藝 D. 高溫回火工藝
答案：A．正火工藝
例題2根據(jù)鋼材的加熱溫度、保持時(shí)間及冷卻狀況，可將退火工藝分為（ ）。
A．完全退火 B．不完全退火
C．去氫退火 D．去應(yīng)力退火
答案：A．完全退火 B．不完全退火 D．去應(yīng)力退火
例題3工作焊接后需進(jìn)行熱處理時(shí)，一般應(yīng)選用的熱處理方法有（ ）。
A．單一高溫回火 B．正火
C．正火加高溫回火 D．中溫回火
答案：A．單一高溫回火 C．正火加高溫回火