預熱 工具鋼(gang)的緩慢加熱速率和適當的預熱步驟提供了多種(zhong)好處。首先，大多數工具鋼(gang)對熱沖擊很敏(min)感(gan)，降低由快(kuai)速加熱速率產生(sheng)的熱梯度可以最大限度地減(jian)少工具鋼(gang)開裂的趨勢。此外，工具鋼(gang)在加熱至高溫時從其退火微觀結構(gou)轉變為奧(ao)氏體時會(hui)發生(sheng)體積(ji)(ji)變化。如果這(zhe)種(zhong)體積(ji)(ji)變化發生(sheng)不均勻，可能會(hui)導致意外失真，尤其是在截(jie)面(mian)大小存在差(cha)異(yi)的情況下(xia)。

對于(yu)(yu)(yu)大多數工具鋼，選擇剛好低于(yu)(yu)(yu)材料臨(lin)界轉變(bian)溫度(du) (Ac1) 的(de)(de)預熱溫度(du)，并(bing)保持足夠長(chang)的(de)(de)時間以使整(zheng)個橫截面(mian)達到均勻的(de)(de)溫度(du)。另一次預熱并(bing)保持在(zai)臨(lin)界溫度(du)之上，可使材料體(ti)積(ji)均勻發生變(bian)化(hua)(hua)，從(cong)而(er)減少變(bian)形。預熱后(hou)應迅速(su)加熱至奧氏(shi)體(ti)化(hua)(hua)溫度(du)。 奧氏(shi)體(ti)化(hua)(hua) 奧氏(shi)體(ti)化(hua)(hua)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是讓碳化(hua)(hua)物(wu)顆粒部分或完全溶(rong)解并(bing)擴散到基體(ti)中(zhong)。作為溫度(du)的(de)(de)函數，不同類型(xing)的(de)(de)碳化(hua)(hua)物(wu)以不同的(de)(de)速(su)率溶(rong)解，因此(ci)適當(dang)的(de)(de)奧氏(shi)體(ti)化(hua)(hua)溫度(du)主(zhu)要(yao)取決于(yu)(yu)(yu)鋼的(de)(de)化(hua)(hua)學成分。此(ci)外(wai)，奧氏(shi)體(ti)化(hua)(hua)溫度(du)可能(neng)會略(lve)有不同，以根據特定應用(yong)調整(zheng)最終的(de)(de)性能(neng)。

一(yi)般來(lai)說(shuo)，較(jiao)高(gao)的溫度(du)(du)允(yun)許更多的合金擴散，從而允(yun)許稍高(gao)的硬度(du)(du)和強度(du)(du)。在較(jiao)低溫度(du)(du)下，較(jiao)少的合金擴散，所得基體更堅(jian)韌且(qie)不(bu)易碎，但其硬度(du)(du)可能(neng)不(bu)那(nei)么高(gao)。

在奧氏體化(hua)(hua)溫(wen)(wen)度(du)下(xia)的(de)浸(jin)泡時間通(tong)常非常短——一旦工具達到(dao)(dao)溫(wen)(wen)度(du)，大(da)約在一到(dao)(dao)五分鐘(zhong)。負載熱電偶通(tong)常放置在零件(jian)(jian)內部或(huo)有代表性(xing)的(de)橫截(jie)面——一旦零件(jian)(jian)中(zhong)心達到(dao)(dao)溫(wen)(wen)度(du)，就(jiu)開始(shi)保(bao)溫(wen)(wen)時間。性(xing)能(neng)的(de)最佳組(zu)合通(tong)常是在最低硬化(hua)(hua)溫(wen)(wen)度(du)下(xia)獲得的(de)，這將為預期應(ying)用提供(gong)足夠的(de)硬度(du)。

  淬火(huo)(huo) 在(zai)奧(ao)氏體化(hua)(hua)(hua)過程中合(he)(he)金含量(liang)重新分布后，鋼必須(xu)足夠快(kuai)地(di)冷卻以(yi)轉變為馬(ma)氏體。大(da)(da)多數工(gong)具鋼實際(ji)上在(zai) 600°F (315°C) 至 200°F (95°C) 的(de)(de)(de)溫(wen)度范圍內(nei)形成馬(ma)氏體結構。工(gong)具鋼必須(xu)冷卻多快(kuai)，以(yi)及在(zai)何種類(lei)型的(de)(de)(de)淬火(huo)(huo)介質(zhi)中完全硬化(hua)(hua)(hua)，取決(jue)于化(hua)(hua)(hua)學成分。高合(he)(he)金工(gong)具鋼以(yi)較(jiao)慢的(de)(de)(de)淬火(huo)(huo)速(su)率發展出完全硬化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)特性(xing)。通常，使用適合(he)(he)的(de)(de)(de)最慢淬火(huo)(huo)速(su)率來(lai)開(kai)發優化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)零件微觀結構和硬度，同時(shi)最大(da)(da)限度地(di)減少變形和開(kai)裂風險。

對(dui)于(yu)(yu)在 2000°F (1095°C) 以上加工的高(gao)合金工具(ju)鋼，從大(da)約 1800°F (980°C) 到低于(yu)(yu) 1200°F (650°C) 的淬火速率對(dui)于(yu)(yu)最(zui)佳熱處(chu)理響(xiang)應和材料至關重要(yao)韌性。

無論工具鋼如何淬火，所產生的馬氏體組織都非常脆，并且承受著很大的應力。如果在這種情況下投入使用，則該工具很可能會發生故障。即使在室溫下保持不動，一些工具鋼也會(hui)在(zai)(zai)這(zhe)種情(qing)況下(xia)自發開裂。因(yin)此，一旦工具鋼(gang)通(tong)過任何方法淬火(huo)到 150°F (65°C) 左右的處理溫度，就(jiu)應該立即回火(huo)，通(tong)常解釋為在(zai)(zai) 15-30 分(fen)鐘內。

  深(shen)度冷(leng)(leng)(leng)凍 對于大多數工具(ju)鋼，殘留奧(ao)(ao)氏體是非(fei)常不受歡迎的(de)，因(yin)為其隨后(hou)轉化為馬(ma)(ma)氏體會導致尺寸（體積）增加，從而產生(sheng)內(nei)應力并導致使用中過(guo)早失效。通(tong)過(guo)深(shen)度冷(leng)(leng)(leng)凍至 -120°F (-85°C) 或(huo)在某些情(qing)況下(xia)低溫冷(leng)(leng)(leng)卻至 -320°F (-195°C)，殘余奧(ao)(ao)氏體發生(sheng)轉變。新(xin)形成的(de)馬(ma)(ma)氏體與原始的(de)淬火組織相似，必須(xu)進行回火。由于擔心開裂(lie)，通(tong)常在回火前進行深(shen)凍，但(dan)有時(shi)會在多次回火之間(jian)進行。

  回(hui)(hui)火 進行回(hui)(hui)火既可以(yi)(yi)消除淬火過程中形成的(de)脆性(xing)馬氏體(ti)的(de)應力(li)，又可以(yi)(yi)減少殘留(liu)奧氏體(ti)的(de)數(shu)(shu)量。大多數(shu)(shu)鋼具有相當寬的(de)可接(jie)受回(hui)(hui)火溫度范圍。通(tong)(tong)常，使用能夠為(wei)工(gong)具提供必要硬度的(de)最高回(hui)(hui)火溫度。加熱到(dao)(dao)回(hui)(hui)火溫度和從回(hui)(hui)火溫度冷卻(que)(que)(que)的(de)速度通(tong)(tong)常并不(bu)重要。應讓材料冷卻(que)(que)(que)到(dao)(dao) 150°F (65°C) 以(yi)(yi)下(xia)，并且通(tong)(tong)常在回(hui)(hui)火之間(jian)和回(hui)(hui)火后完全冷卻(que)(que)(que)到(dao)(dao)室溫。一個(ge)好的(de)經驗法則(ze)是在整個(ge)工(gong)具達到(dao)(dao)溫度后，每英寸最厚部分浸泡(pao)一小(xiao)(xiao)時，但無(wu)論大小(xiao)(xiao)，在任何情況下(xia)都不(bu)得(de)少于兩小(xiao)(xiao)時。

多次回火(huo)(huo)(huo)是典型的(de)(de)(de)，特別是對(dui)(dui)于(yu)許多更復雜的(de)(de)(de)工(gong)具(ju)鋼(gang)（例(li)如 M 系列和 H 系列），需(xu)要兩(liang)次甚至三(san)次回火(huo)(huo)(huo)才(cai)能(neng)將(jiang)殘余奧氏(shi)體(ti)完全轉變為馬氏(shi)體(ti)。這些鋼(gang)在第一次回火(huo)(huo)(huo)后達到最(zui)大硬(ying)度，被稱為二(er)次硬(ying)化(hua)鋼(gang)。第二(er)次或(huo)第三(san)次回火(huo)(huo)(huo)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是將(jiang)硬(ying)度降低到所(suo)需(xu)的(de)(de)(de)工(gong)作水平，并確(que)保任何由于(yu)回火(huo)(huo)(huo)中奧氏(shi)體(ti)轉變而形(xing)成的(de)(de)(de)新馬氏(shi)體(ti)得(de)到有效回火(huo)(huo)(huo)。 退火(huo)(huo)(huo) 工(gong)具(ju)鋼(gang)通常以退火(huo)(huo)(huo)狀態提供給客戶(hu)，其(qi)典型硬(ying)度值(zhi)約為 200-250 布氏(shi)硬(ying)度 (» 20 HRC)，以方便(bian)加(jia)工(gong)和其(qi)他操作。這對(dui)(dui)于(yu)發生部分或(huo)完全空氣硬(ying)化(hua)的(de)(de)(de)鍛造(zao)工(gong)具(ju)和模具(ju)尤為重要，從(cong)而導致內部應(ying)力(li)的(de)(de)(de)積累。可能(neng)需(xu)要重新硬(ying)化(hua)的(de)(de)(de)模具(ju)和工(gong)具(ju)必須進行退火(huo)(huo)(huo)。

完全退火包括將鋼(gang)緩(huan)慢而均(jun)勻(yun)地加熱(re)到(dao)(dao)高于臨界溫度 (Ac3) 的溫度并(bing)進入奧氏體范圍，然(ran)后保(bao)持直到(dao)(dao)完全均(jun)勻(yun)化。加熱(re)后的冷卻(que)按照(zhao)鋼(gang)鐵制造商針對所涉及(ji)的工(gong)具鋼(gang)等級推(tui)薦的特定速率進行(xing)仔細控制。當(dang)鋼(gang)可以從爐子中取出并(bing)空氣冷卻(que)到(dao)(dao)室溫時，冷卻(que)通(tong)常會持續到(dao)(dao) 1000°F (540°C) 左右。

  歸一(yi)化(hua) 正(zheng)火的目的是細化(hua)晶粒(li)并(bing)確保微觀結(jie)構成分(fen)均勻地分(fen)散在(zai)整個基(ji)體中。過(guo)度偏(pian)析會導致工具斷裂韌性差或變形，部分(fen)原(yuan)因是偏(pian)析和(he)不(bu)同的轉(zhuan)變速率。

正火包括緩慢加熱到正火溫度（即在奧氏體范圍內），保持在足以發生均質化的溫度，然后空氣冷卻到室溫。必須注意，因為許多工具鋼等級在(zai)從奧氏體化溫(wen)度冷卻時(shi)會空(kong)氣硬(ying)化。

  緩解壓力 在(zai)刀具(ju)(ju)經(jing)受過劇烈(lie)加(jia)工(gong)的情況下(xia)，必須去除內(nei)部殘(can)余應力的積累。在(zai) 925°F-1025°F（500°C-550°C）下(xia)進行應力消(xiao)除，使工(gong)具(ju)(ju)在(zai)熱(re)處理前冷卻至室溫。通常(chang)使用作為預(yu)熱(re)步驟(zou)的應力消(xiao)除。

  常見的熱處理問題 脫(tuo)碳

這可能發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)所有(you)熱(re)處理過(guo)(guo)程中(zhong)（即使(shi)在(zai)真(zhen)空爐中(zhong)，如(ru)果存(cun)在(zai)泄漏），并且由于隨后對成品工(gong)具的硬度(du)產生(sheng)(sheng)不利影響而(er)應避免（除非通過(guo)(guo)機加(jia)工(gong)去除）。使(shi)用真(zhen)空或(huo)保護(hu)氣氛將最大(da)限度(du)地減少或(huo)消除脫碳。還使(shi)用了其(qi)他技術，例如(ru)使(shi)用硼砂或(huo)玻璃(li)涂(tu)層。

尺寸變化

熱處理工藝會導致不可避免的尺寸變化——由于工具微觀結構的變化而導致尺寸增加或減少。變量的組合通常會造成影響，包括合金含量高、預熱不當、保溫時間長、奧氏體化溫度高于必要的溫度、淬火變化、回火之間的冷卻不足或過程中的其他因素。

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