金属材料在固态下经加热、保温和冷却，以改善材料性能的工艺。热处理的方法主要包括以下几种：退火、正火、淬火、回火、调质、表面热处理。
1、正火
将工件加热到适当温度，保温一段时间后从炉中取出在空气中冷却的金属热处理工艺。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。正火的主要应用范围有：
①用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。
②用于中碳钢，可代替调质处理作为Z后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。
③用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。
④用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。
⑤用于大型锻件，可作为Z后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。
⑥用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。
2、退火
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。主要是指将材料曝露于高温一段很长时间后，然后再慢慢冷却的热处理制程。主要目的是：（1）释放应力，（2）增加材料延展性和韧性，（3）产生特殊显微结构。
3、回火
将淬火成马氏体的钢加热到临界点A1以下某个温度，保温适当时间，再冷到室温的一种热处理工艺。回火的目的在于消除淬火应力，使钢的组织转变为相对稳定状态。在不降低或适当降低钢的硬度和强度的条件下改善钢的塑性和韧性，以获得所希望的性能。
4、调质处理
淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在500-650℃之间进行回火。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。
5、表面热处理
某些零件在使用时要求表面具有高硬度、高耐磨性和抗疲劳等性能，而心部保持原有的组织和性能，这就需要采用表面强化的表面热处理方法。生产广泛应用的有表面淬火和化学热处理。
（1）表面淬火
表面淬火常用火焰加热和高频感应加热两种方法。火焰加热常用氧一乙炔火焰，设备简单。灵活方便，成本低，但热处理质量不稳定;感应加热需要在Z用设备上进行。
（2）化学热处理
化学热处理是将钢件置于某种化学介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入钢件表面，改变其成分和组织，以提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性等。常用的化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗等。

   高强度螺栓的疲劳强度一直以来都是受到重视的问题。有数据表明高强度螺栓的失效绝大多数是由于疲劳破坏引起的，且疲劳破坏时螺栓几乎无征兆，因此重大事故很容易在产生疲劳破坏时发生。
   那么，热处理能够提升紧固件材料性能吗?使其疲劳强度提高多少?针对高强度螺栓越来越高的使用要求，通过热处理提高螺栓材料的疲劳强度更显十分重要。
一、高强度螺栓的材料疲劳裂纹
1、疲劳裂纹Z先开始的地方称为疲劳源。疲劳源对于螺栓微观结构组织很敏感，能在很小的尺度下萌生疲劳裂纹。
2、一般在3~5个晶粒尺寸内，螺栓表面质量问题是主要的疲劳源，大部分的疲劳始于螺栓表面或者亚表面。
3、螺栓材料晶体内部存在的大量位错和一些合金元素或杂质，晶界强度差异，这些因素都有可能导致疲劳裂纹萌生。
研究表明，疲劳裂纹易发位置有：晶界、表面夹杂物或D二相颗粒、空洞，这些位置都与材料复杂多变的微观组织有关。如果热处理后能够改善微观组织，那么就能在一定程度上提高螺栓材料的疲劳强度。

二、热处理对疲劳强度的影响
在对螺栓疲劳强度进行分析时，发现提高螺栓的静载荷承受能力可通过提高硬度来实现，而疲劳强度的提高并不能通过提高硬度的方法。因为螺栓有缺口应力会引起较大的应力集中，对于没有应力集中的样品提高硬度是能够提高其疲劳强度的。
1、硬度是衡量金属材料软硬程度的指标，是材料抵抗比它更硬物体压入的能力，硬度高低也同样反映了金属材料的强度、塑性的大小。
2、螺栓表面的应力集中会降低其表面强度，在受到交变的动载荷时，在缺口应力集中部位不断发生微变形和恢复的过程，且其受到的应力远远大于无应力集中的部位，从而容易导致疲劳裂纹的产生。

三、热处理提高螺栓材料的疲劳强度
紧固件通过热处理调质改善显微组织，并具有优良的综合力学性能，可以提高螺栓材料的疲劳强度。
合理控制晶粒尺寸以保证低温冲击功，也能获得较高的冲击韧性。
合理的热处理细化晶粒，缩短晶界距离能阻止疲劳裂纹的产生。

在材料内部如果存在一定量的晶须或D二项颗粒，这些加入的相便可以在一定程度上阻止驻留滑移带的滑移，从而阻止了微裂纹的萌生和扩展。

四、热处理对于螺栓材料疲劳强度的影响
   在热处理过程中，要根据螺栓性能来具体确定热处理工艺。初始疲劳裂纹的产生是由于螺栓材料微观组织缺陷导致应力集中引起的。
   热处理是一种优化紧固件组织的方法，能在一定程度上提高螺栓材料的疲劳性能，提高产品的寿命。

五、脱碳对疲劳强度的影响
   螺栓表面脱碳会降低淬火后螺栓的表面硬度、耐磨性，并显著降低螺栓疲劳强度。
1、GB/T3098、1标准中就有针对螺栓性能的脱碳试验，并规定Z大脱碳层深度。大量的文献资料表明，由于不当的热处理方式，使得螺栓表面脱碳和表面质量下降，从而使其疲劳强度降低。
2、在分析42CrMoA风电机组高强度螺栓断裂失效原因时，发现在头杆交接处是因为存在脱碳层。Fe3C在高温下能与O2、H2O、H2发生反应导致螺栓材料内部Fe3C的减少，从而增加了螺栓材料的铁素体相，降低螺栓材料强度，容易引发微裂纹。
在热处理过程中控制好加热温度，同时必须采用可控气氛保护加热能够很好地解决这一问题。从长远看能够节约资源，符合可持续发展战略。

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