热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它不仅可以保证和提高工件性能，如耐磨、耐腐蚀等，还可以改善毛坯组织和应力状态，有利于进行各种冷、热加工。
一、热处理工艺的分类
热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变工件材料表面或内部的晶相组织结构，从而改变其工件性能的一种金属热加工工艺。
热处理工艺大体分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据其加热介质、加热温度和冷却方法，又可区分为若干个不同的热处理工艺。整体热处理分为正火，退火，淬火，回火，调质，稳定化处理，固溶处理，水韧处理，失效处理。其中正火、退火、淬火、回火称为热处理中的“四把火”。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理。化学热处理主要分为渗碳，渗氮，碳氮共渗等。
以下主要介绍整体热处理“四把火”及常见的调质热处理工艺的目的及应用范围。
二、整体热处理中“四把火“及调质热处理工艺的目的及应用范围
（1）正火
1）正火定义：正火又称为常化，是将工件加热至Ac3(Ac是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度，一般是从727℃到912℃之间)或Acm(Acm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线 )以上30~50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。
2）正火的目的：①去除材料的内应力；②增加材料的硬度。
3）正火的主要应用范围有：①用于低碳钢；②用于中碳钢；③用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等；④用于铸钢件；⑤用于大型锻件；⑥用于球墨铸铁。
（2）退火
1）退火定义：指的是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)。
2）退火的目的：①降低硬度，改善切削加工性；②消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；③细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷；④均匀材料组织和成分，改善材料性能或为以后热处理做组织准备。
3）退火的主要应用范围：①完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊件，以消除组织缺陷，使组织变细和变均匀，以提高钢件的塑性和韧性；②不完全退火主要用于中碳和高碳钢及低合金结构钢的锻轧件，使晶粒变细，同时也降低硬度，消除内应力，改善被切削性；③球化退火只应用于钢的中退火方法，其中中碳钢和高碳钢硬度低、被切削性好、冷形变能力大；④去应力退火主要适用于毛坯件及经过切削加工的零件，目的是为了消除毛坯和零件中的残余应力，稳定工件尺寸及形状，减少零件在切削加工和使用过程中的形变和裂纹倾向。
（3）淬火
1）淬火的定义：将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。
2）淬火的目的：提高钢件的机械性能,诸如硬度、耐磨性、弹性极限、疲劳强度等；改善某些特殊钢的物理或者化学性能，如增强磁钢的铁磁性，提高不锈钢的耐蚀性等。
3）淬火的应用范围：广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。机械中的重要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。
（4）回火
1）回火的定义：回火一般紧接着淬火进行，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工艺。
2）回火的目的：①消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；②调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；③稳定组织与尺寸，保证精度；④改善和提高加工性能。
3）回火的应用范围：回火分为低温回火，中温回火和高温回火，其中低温回火主要应用于刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等；中温回火主要应用于弹簧、锻模、冲击工具等；高温回火广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。
（5）调质
1）调质的定义：将钢材或钢件进行淬火及高温回火（500°-650°）的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。
2）调质的应用范围：调质后的工件即在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和韧性，较好的耐磨性，抗弯曲性能。常用于各种机器和机构的结构件，如轴类、连杆、螺栓、齿轮等，在机床、汽车和拖拉机等制造工业中用得很普遍。尤其是对于重型机器制造中的大型部件，调质处理用得更多。
三、采用热处理工艺的常见行业
（1）交通行业（如汽车）
汽车行业为了使汽车零部件在使用过程中获得较高的硬度，较好的耐磨性和抗疲劳性，常采用热处理工艺来增加汽车主要零部件的使用性能，其中经过热处理的工件有汽车驱动桥的差速器齿轮，变速器轴齿类零件，转向器轴齿件，发动机活塞销和齿轮零件等。
如加工汽车齿轮的工艺路线是：下料--改锻成齿轮毛坯—正火--粗车外圆内孔及端面(按标准留加工余量)--调质热处理(淬火+高温回火)--精车外圆内孔及端面(到成活尺寸)--制齿(齿面留磨量)--齿部感应加热表淬或渗碳淬火--齿面磨削加工--验收交活。
汽车齿轮经过热处理后的表面硬度在HRC58-63，心部硬度在HRC33-45
（2）轴承行业
轴承广泛应用于矿山机械、工程机械、纺织、轧钢、农机、冶金，风电等行业，如矿山机械中的轴承工作环境很差，所以通过热处理提高轴承的使用性能，获得良好的耐磨性，抗冲击性和耐腐蚀性。
如回转支承轴承（42CrMo材质）的轴承加工工艺：下料→锻件→车加工→检测→热处理（如轴承滚道表面中频淬火+回火）→磨加工→检测→调质→ 细磨→精磨→检验。
轴承经过热处理后的硬度在HRC45以上。
（3）轧辊行业
常见的轧辊分类：轧辊按材质类别分为铸钢轧辊、铸铁轧辊和锻造轧辊三大类，按工作状态分为热轧辊和冷轧辊。
1）锻钢轧辊：锻钢轧辊根据材质和用途的不同，进行不同的热处理。中碳钢(0.35%～0.65%C)轧辊一般经正火回火或调质处理后用作热轧的初轧辊、粗轧辊和支承辊。处理后的辊身硬度可达HSD80（相当于HRC60）；高碳钢(0.7%～1.0%C)轧辊可经正火回火处理或调质处理后用作支承辊。当支承辊辊身硬度要求很高时则需用淬火回火处理，淬火回火后的硬度可达HSD70-80（相当于HRC50-60），淬硬层深度小于 50mm。
2）铸铁轧辊：普遍采用退火、正火和回火等工艺，其中退火主要是消除内应力，正火的目的是增加基体中的珠光体或索氏体组织的数目和弥散度，从而提高铸铁轧辊的强度、硬度、耐磨性，并保持一定的塑性与韧性。
3)合金铸钢轧辊：常采用退火（如球化退火）和淬火等工艺，采用球化退火是为了改善轧辊的切削性能，提高切削效率并为后续的淬火处理做好相应的组织准备；淬火是为了使轧辊工作层获得良好的适用组织，充分发挥合金元素在轧辊中的作用，提高辊身工作层的硬度及耐磨性。
如冷轧工作辊（锻钢）的加工工艺：锻造→球化退火→粗加工→调质（淬火＋高温回火）→半精加工→探伤检测→预热处理→ 双频淬火→冷处理→低温回火→精加工→硬度、超声波及金相→包装出厂 。
轧辊经过热处理后的硬度一般在HSD60以上（相当于HRC45以上）。
四、加工经过热处理后的工件
经过热处理后的工件需要精加工，来提高被加工工件的表面粗糙度和完成图纸要求尺寸，由于被加工工件硬度较高，比较难加工，所以在选择刀具材料时必须选择高性能，高质量的刀具材料。俗话说“工欲善其事，必先利其器”，刀具的重要性是贯穿机械行业工作始末的，选用了适合的高质量的刀具带来的不仅是工件的完成，更能大大的提高工作效率，节省加工成本。目前，加工热处理后的工件的刀具材料有涂层硬质合金刀具，陶瓷刀具和立方氮化硼刀具。
（1）涂层硬质合金刀具：是在韧性较好的硬质合金刀具表面涂覆一层较薄的耐磨材料，与硬质合金刀具相比硬度得到提高，耐磨性，耐高温性能得到提高，使用寿命高于硬质合金刀具。但由于表面耐磨层较薄，如果表面耐磨材料使用完之后，性能就与未涂层的硬质合金刀具一样磨损加剧，影响加工效率，增加刀具成本。
（2）陶瓷刀具：陶瓷刀具的硬度高于硬质合金刀具，适合加工HRC45-55之间的工件，由于脆性大，比较适合精加工工序和小进给量加工，并且尽量避免断续切削，如遇到大型铸造或锻造件（如轧辊），表面不规整的工件一上去就崩刀，不建议使用。
（3）立方氮化硼刀具：立方氮化硼刀具与硬质合金刀具相比硬度高，耐磨性好；与陶瓷刀具相比抗冲击性好。尤其是我国华菱超硬研制的非金属粘合剂立方氮化硼刀具BN-S20牌号，与传统的立方氮化硼刀具相比增加了韧性，非金属粘合剂立方氮化硼刀具BN-S20牌号不仅可以断续切削，而且耐磨性和抗冲击性兼优，加工工件精度可达Ra0.8,加工强断续齿面刀片正常磨损，不破裂不崩刀。
华菱超硬作为立方氮化硼刀具行业的中国刀具品牌，自创业以来，准确把握时代的变化脉搏，不断努力开发，提供可迅速满足日益多样化需求的高品质，高性能刀具产品。凭借长期培养积累的技术实力和尖端的技术开发能力，在加工高硬度铸铁/铸钢，热处理后的高硬度工件，其他难切削材料等领域具有成熟的技术，拥有众多被客户所信赖的刀具牌号。
以下简单介绍一下华菱超硬加工热处理后的工件的案例。
五、华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号加工热处理后的工件案例
（1）华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号加工大型齿轮齿面（强断续切削）案例：加工材质：齿轮钢，硬度：HRC60，切削参数：吃刀深度：ap=2.5mm，进给量：Fr=0.12mm/r，切削线速度：Vc=90m/min，切削状态：干式切削。加工效果:在华菱立方氮化硼刀具BN-S20牌号的切削速度是陶瓷刀片的一倍的情况下，刀具寿命是陶瓷刀片的15倍，即提高了切削效率，又节省的刀具费用，并且刀具磨损是正常磨损，而不是人们所担心的刀片崩损。
（2）华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号加工高速钢轧辊的案例：硬度：HSD90（相当于HRC64），切削参数： Fr=0.2mm/r，Vc=50m/min.加工效果：华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号的加工节拍是某品牌硬质合金刀具的六分之一的情况下，单刃寿命是硬质合金刀具的8倍，既提高了加工效率，有降低了加工成本。
六、总结
随着热处理工艺的逐渐完善，使工件性能得到很好的提高，并且在恶劣环境下使用寿命得到提高，这对于国内刀具行业来说是一个很好的突破机会，只要不断研制出耐磨性和抗冲击性好的刀具材料或者刀具牌号，就能打破国外刀具对高硬度工件加工的垄断，助力于我国机械制造业的发展。
