钢的淬火、回火、正火和退火
热处理是保证铸钢件力学性能的重要步骤。通过造型、浇注、落砂和清洗，铸件获得了最终的形状——但可能不够坚固或不够有弹性，无法最终使用。通过以不同的速度加热和冷却金属，铸造厂可以改变其机械性能。
但是加热是如何改变金属的强度或柔韧性的呢?
结晶与金属性能
当熔化的金属冷却时，它凝结成晶体结构。在显微镜下，这些结构看起来像冬天在玻璃上形成的冰晶。每个结构都从一个中心点开始生长，直到遇到另一个晶体结构。这些结构构成了金属的“颗粒”。
正如不同的冬季条件会产生多种霜冻模式，不同的温度也会改变制造金属的晶体。它们产生的颗粒通常是看不见的，但当金属被酸蚀刻时就会显现出来。
合金中晶粒的形状和关系决定了合金的力学性能。当金属受到撞击时，圆形颗粒会相互滑动，造成凹痕，而不是保持坚固或断裂。扁平的颗粒可以堆积在一起，互相支撑，就像墙上的砖块一样;比圆粒结实，但仍有一定的可动性。锯齿状、连锁的谷物可能根本没有任何弹性。金属的热处理可以重塑其结晶，从而改变其晶粒，从而改变金属的性能。
加工硬化的金属
一个铁匠在他的铁匠铺敲打一块发光的金属板的形象，即使它不再是常见的景象，也能立即被认出来。然而，在人类历史的大部分时间里，铁匠会机械地加工金属以使其更坚固。如今，不再由铁匠手工制作，钢常被轧制用机械使它变硬。
通过描绘晶粒结构可以解释加工硬化的作用。金属内部的圆形颗粒变形了，它们的新形状赋予了金属强度。例如，在冷轧过程中，圆形颗粒被挤压和拉伸，变得更像棒状。这些木棒相互支撑，就像一捆木棒。铁匠或金属工人可以锤击、扭曲、加热、冷却和拉伸一个物体来改变纹理的形状。如果这些颗粒在受到冲击时没有地方可去，它们就会形成一种不可移动的、无弹性的基体，从而增加金属的硬度。
然而，这种硬度是有代价的:强度可能会使材料变脆。形状不规则的颗粒不容易相互滑动:它们是楔在一起的。任何足够大的冲击——大于颗粒间键的强度——都会将颗粒分开。
金属热处理
铸造厂开始创造所需的机械性能的钢选择一个合金已知会产生这些特征。然而，当铸件冷却时，这种金属的结晶几乎无法控制。由于结晶产生了金属的机械性能，除非进一步处理，否则合金的性能可能不会达到最佳状态。铸造厂可以通过受控的常规方式加热和冷却金属来做到这一点。
热处理是一种无损的改变材料性能的方法。有时这是加工硬化金属的第二工序，但却是铸造厂的首选，因为铸件已经成形，无法加工。
结晶几乎总是从外表面开始，并向内移动，特别是在大型铸件中，铸件的外壳和中心之间有很大的温差。晶体生长不规则，通常在靠近表面处更锋利，延展性更差。它们通常更圆，因此越往里越软。铸件的形状和金属内部的缺陷或夹杂物会影响冷却速度，导致金属中具有不同力学性能的区域。这些差异会导致金属内部应变，从而导致金属疲劳或失效。热处理可以让铸造厂回到金属内部，重新排列组成金属的晶体。
浸泡
均热是形成所有热处理方法基础的过程。热处理依赖于金属的“再结晶”温度，即低于其熔点。在再结晶过程中，碳被释放，在金属中扩散，根据热量、碳含量和时间从一种分子形式移动到另一种分子形式。碳的这种移动改变了金属的结晶模式，因此携带了不同的材料特性。铁碳相图显示了在不同的加热时间和温度下奥氏体、铁素体、珠光体和渗碳体晶粒的形成。淬火钢中的另一种晶粒组织马氏体是由冷冲奥氏体形成的。
因此，均热是使铸件超过再结晶点的过程。热处理所规定的保温“温度时间”允许金属中的晶体熔化和重新形成。观察铁碳相循环可以帮助铸造厂知道在特定温度下保持铸件多久才能使碳扩散。
在铁碳相循环的大部分(但不是全部)部分，浸泡铸造或加工过的金属将使其不那么硬和脆。当金属中的晶粒越来越有规律地生长时，它们会变得更圆，并通过相互滑动而在碰撞时重新排列。而且，由于整个铸件的温度相同，所以晶体通常比新浇铸的晶体更均匀。
退火
退火从浸泡开始，然后非常缓慢地让钢在炉中冷却。铸造工人关掉熔炉，让温度温和地、受控地下降。在加热和冷却时，整个物体都有热一致性，这意味着有很少的内部应力:没有不同结晶性能的金属“区域”发生。经过退火的金属通常具有很高的延展性，具有较高的延展性、抗拉强度和伸长率。由于冷却曲线非常缓慢，退火金属的晶粒尺寸往往非常大。
正常化
正火是指通过浸泡将金属提高到再结晶温度，然后将其从熔炉中取出，让其在大气中冷却。退火金属的许多性能在正火金属中很明显，但由于冷却的不完全相同的均匀度，晶粒往往不太规则。不过，与冷冻金属相比，温度差要小得多，这意味着正规化产品的脆性要小得多。
在正火中发现的冷却速度会在金属中产生比退火中更小的晶粒，这意味着在一般情况下，它会比退火的金属更强或更硬。
淬火
如果需要非常高的硬度怎么办?在制造工具和机器零件时，将金属软化可能达不到目的。
热处理可使硬度符合规定和一致。为了提高钢的硬度，铸造厂将钢浸渍，直到奥氏体成为主要分子，然后在较冷的油或强制空气中淬火。当奥氏体受到冷冲击时，它会产生一种轻微不规则的结晶结构，称为马氏体。由于每个马氏体分子中的碳变形，这种材料更加坚硬。
由于淬火是由外向内进行的，大的物体会经历快速结晶的压力，从而导致金属内部的压力。如果淬火太过极端，这些力量有时会导致开裂。由于这个原因，水淬对大型钢铁物体并不常见，因为它会导致温度急剧下降，从而导致裂缝的形成。油和空气冷却的力度都稍微小一些。
然而，淬火硬化不仅仅是钢。水淬火在铸造厂使用。非钢金属可能不会受到相同的内部压力，因为它们的相和分子结构会不同。锰的水淬温度比钢高得多，不会开裂。然而，温度的差异是如此之大，任何淬火处理大量的能量，可能会出错!下面是锰钢铸件淬火过程中残留砂芯引起的爆炸。爱游戏ayx热门直播依赖铸造的Len Cranmore现在，我们的销售经理在这次爆炸中没有受伤，但他必须扑灭由过热的沙粒碎片引起的小火灾。
回火
找到合适的硬度和延展性的混合物也可以通过一个叫做回火的过程来实现。回火常用于淬火钢，使其在保持一定硬度的同时不那么脆。在回火过程中，将金属再加热一次，但温度要低于退火、正火或淬火时的温度。
马氏体在加热时不是一个稳定的分子——它是在冲击下实现的——所以回火钢意味着使马氏体不稳定，让它开始转变为渗碳体和铁素体。回火炉的温度范围和时间长度将影响多少马氏体被转换，从而使金属变得多软。例如，与工具在较低温度下回火以保持硬度相比，金属弹簧可以在较高温度下回火以增加弹性。
回火常用于减轻淬火材料的内部应力。金属在经历了焊接或锻造等其他热应力后，可以进行回火，让内部的分子稍微放松，形成彼此。
热处理变化
在铸造厂，铸件通常经过均匀的热处理。然而，有时一个项目可以不定期的热处理。回火钢剑一般都有不同程度的回火，比如刀刃有坚硬的边缘，而剑芯保持有弹性。弹簧有时要经过差速热处理，以配合其功能。
就像在铸造厂一样，了解合金的化学性质意味着可以科学地规定时间、温度和公差。然而，随着时间的推移，铸造工人会逐渐了解他们所使用的金属。就像一个专业的厨师知道他们的原料，不需要食谱，一个专业的铸造工人会知道什么时候出了问题。一种金属需要很长时间才能发光，或者冷却得太快，在没有实验室设备帮助的情况下，它向有经验的眼睛讲述了一个分子的故事。