按基础整体热处理、表面化学热处理两大板块划分，分别讲：定义、原理、工艺、组织、性能、适用零件、锅炉 / 机械零部件应用、优缺点对比。
一、整体热处理（改变零件整体金相，整件硬度强度统一）
1. 退火（Annealing）
核心原理
将钢材加热至临界温度 Ac1/Ac3 以上保温，极缓慢随炉冷却，消除内应力、细化晶粒、降低硬度。
细分工艺
完全退火：Ac3 以上加热，缓冷。用于锻件、铸件粗加工前。
球化退火：高碳钢 / 工具钢，珠光体转化球状渗碳体，硬度大幅下降，方便切削。
去应力退火：低于 Ac1 加热，不发生相变，仅消除锻造、焊接、机加工应力。
金相组织
均匀珠光体 + 铁素体（低碳 / 中碳钢）；球状珠光体（高碳钢）
性能特点
硬度较低、塑性较好、易切削、无内应力；
强度、耐磨性差。
适用零件
锻造毛坯、焊接支架、厚壁法兰、锅炉底座铸件、齿轮毛坯粗加工前预处理。
作用
锻后晶粒粗大，退火细化晶粒；
硬料变软，车铣钻加工不崩刀；
焊接件防止后续变形开裂。
2. 正火（Normalizing）
核心原理
加热 Ac3 或 Accm 以上充分保温，出炉空冷（冷却速度远快于退火）。
金相组织
细珠光体 + 铁素体，晶粒比退火更细。
性能特点
硬度、强度＞退火，塑性略低于退火；组织均匀，切削性能适中。
适用场景
低碳钢、中碳钢锻件替代退火（成本更低、效率高）；
铸件、焊接件细化晶粒，消除网状渗碳体；
作为淬火前预备热处理，减少淬火变形。
典型零件
普通螺栓毛坯、锅炉支架、普通轴类毛坯、铸钢法兰毛坯。
3. 淬火（Quenching）
核心原理
加热至 Ac3（亚共析钢）/Ac1（过共析钢）保温，快速水冷 / 油冷 / 聚合物冷，高温奥氏体快速转变为马氏体。
金相组织
高硬度马氏体（脆性大，淬火后必须回火）
性能
硬度极高、耐磨，但脆性大、内应力极大，直接使用易断裂。
冷却介质区分
水淬：冷却快，硬度更高，适合低碳、中碳钢；变形开裂风险大
油淬：冷却温和，变形小，多用于合金钢、模具钢
适用零件
高耐磨小件：刀具、销套、轴承钢珠、小型耐磨滑块。
重点：工业无 “单独淬火成品件”，淬火 + 低温 / 中温回火配套使用。
4. 调质处理（Quenching + High Tempering 淬火 + 高温回火）
机械行业用量较大的综合强化工艺，属于淬火的配套工艺。
工艺流程
淬火（水冷 / 油冷）→ 500～650℃高温回火 → 空冷
金相组织
回火索氏体（细珠光体 + 弥散渗碳体）
性能核心（强韧性匹配）
兼顾高强度、高屈服、良好塑性、抗冲击；硬度一般 HB220～350，可承受交变载荷、扭转、冲击。
适用核心零部件（锅炉、通用机械主力）
传动轴、齿轮轴、螺栓、高压法兰紧固件、液压油缸、连杆、泵轴、锅炉阀门阀杆。
作用
解决单纯淬火太脆的问题，获得 “强而不脆” 综合力学性能。
二、表面化学热处理（只改变表层成分与硬度，心部保持韧性）
特点：零件心部韧性抗冲击，表层高硬度耐磨，适合承受冲击 + 磨损的传动零件。
5. 渗碳（Carburizing）
原理
低碳钢 / 低碳合金钢（20#、20Cr、20CrMnTi）在 900～930℃富碳气氛中保温，碳原子渗入零件表层，表层含碳量升高，随后整体淬火 + 低温回火。
组织分层
表层：高碳马氏体 → HRC58～64，极耐磨；
心部：低碳回火组织 → 韧性好，抗冲击不崩齿。
工艺类型
固体渗碳、气体渗碳（量产主流）、真空渗碳（高精度小件，变形极小）
适用零件
汽车变速箱齿轮、减速机齿轮、链轮、活塞销、凸轮、工程机械耐磨传动件。
优缺点
优势：表层硬度极高、耐磨；心部抗冲击；劣势：工艺温度高，大件易变形，后续需要磨加工。
6. 碳氮共渗（氰化，Gas Carbonitriding）
原理
820～860℃中低温，气氛同时渗碳 + 渗氮，表层同时富集 C、N 元素，淬火低温回火。
对比渗碳区别
温度更低，零件变形远小于渗碳；
表层硬度略高，耐蚀性优于单纯渗碳；
硬化层薄，不适合重载厚硬化层需求。
硬度：HRC60～65
适用零件
小型轻载齿轮、缝纫机零件、油泵齿轮、阀门小轴、精密耐磨小件。
7. 硬氮化（渗氮 Nitriding，气体硬氮化）
原理
专用氮化钢（38CrMoAl、42CrMo、40Cr），500～570℃低温氨气气氛，氮原子渗入表层，无需淬火，依靠氮化物实现高硬度。
表层组织
FeN、CrN、AlN 金属氮化物层
核心性能
表层超高硬度 HV850～1100（相当于 HRC65～72），耐磨性远超渗碳、调质；
氮化温度低，热处理变形极小，精加工后可直接氮化，无需后续磨削；
自带耐腐蚀层，抗水汽、轻微酸碱腐蚀；
耐高温，500℃下硬度不衰减（锅炉高温阀件优势明显）。
局限性
硬化层极薄（0.1～0.4mm），不能承受强冲击，冲击易剥落。
典型机械 / 锅炉零部件
锅炉高温阀杆、液压柱塞、注塑机螺杆、精密齿轮、气缸套、主轴、模具耐磨工作面。
