第九章 退火與正火

1、NoImage1 第九章 退火與正火NoImageNoImage熱處理原理與工藝第九章 退火與正火NoImage2 第九章 退火與正火NoImageNoImage導讀n通過學習本章，主要掌握各種退火工藝方法及正火的概念，目的，基本掌握各種工藝方法所適用的條件。NoImage3 第九章 退火與正火NoImageNoImage 9.1 退火、正火的定義、目的和分類 退火：把工件加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻以達到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。 目的:均勻化學成分，改善機械性能，消除或減少應力，為最終熱處理作準備。 分類:重結晶退火，包括完全退火、不完全退火、擴散退火、球化退火；臨界點以

2、下退火，包括軟化退火，再結晶退火，去應力退火 鑄鐵件的 退火包括各種石墨化退火及去應力退火；有色金屬退火主要是擴散退火、再結晶退火及去應力退火。第九章 退火和正火第一節(jié) 定義與分類NoImage4 第九章 退火與正火NoImageNoImagen正火：把工件加熱到Ac3（Accm)以上適當溫度，保溫適當時間后在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。 n目的：獲得一定硬度、細化晶粒，獲得比較均勻的組織和性能。第一節(jié) 定義與分類NoImage5 第九章 退火與正火NoImageNoImage第一節(jié) 定義與分類NoImage6 第九章 退火與正火NoImageNoImage9-2 常用退火工藝方

3、法一、擴散退火: 定義：擴散退火稱均勻化退火。將金屬鑄錠,鑄件或鍛件或鍛坯在略低于固相線的溫度下長期加熱，消除或減少化學成分偏析及顯微組織(枝晶)的不均勻性，以達到均勻化目的的熱處理工藝。 應用： 多用于優(yōu)質合金鋼，偏析現(xiàn)象較為嚴重的合金.第二節(jié) 退火工藝方法NoImage7 第九章 退火與正火NoImageNoImage加熱溫度:AC3或Acm以上 150-300 ；溫度過高影響加熱爐壽命鋼件燒損過多. 一般加熱溫度：碳鋼: 1100-1200 合金鋼: 1200-1300 加熱速度: 100-200/h 保溫時間: 30-60分種/25毫米 或 1.5-2.5分/毫米 n若裝爐量較大則 n

4、 n 4/5 . 8Q第二節(jié) 退火工藝方法NoImage8 第九章 退火與正火NoImageNoImagen-時間 (h) Q-裝爐量(t)噸 保溫時間15h n冷卻速度: 50 / h 高合金鋼的冷卻速度20-30 / h 出爐溫度: 600 以下。 高合金鋼，高淬透性鋼應低于350，以免產(chǎn)生應力過高。 冷卻方式:在空氣中冷卻 擴散退火要補充一次完全退火,鑄錠不必要。 銅合金的擴散退火溫度: 700-950 鋁合金的擴散退火溫度:400-500第二節(jié) 退火工藝方法NoImage9 第九章 退火與正火NoImageNoImage二、完全退火 定義:將鋼件或鋼材加熱到AC3點以上,使之完全奧氏體

5、化.然后緩慢冷卻.獲得接近于平衡組織的熱處理工藝 目的: 細化晶粒,降低硬度,改善切削性能,消除內(nèi)應力； 適用范圍:含碳0.30-0.60%的中碳鋼（溫度不宜過高，AC3點以上2030） 低碳鋼的完全退火溫度: 960-1100。第二節(jié) 退火工藝方法NoImage10 第九章 退火與正火NoImageNoImage4/5 . 8Q對結構鋼、彈簧鋼、熱作模具鋼等的完全退火退火加熱速度取100200/h，保溫時間如下式： 對于亞共析鋼鍛軋鋼材完全退火主要是消除鍛后的組織及硬度的不均勻性,改善切削加工性能,為后續(xù)的熱處理做好組織準備.保溫時間: =(34)+(0.40.5)Q (h) 冷卻速度: 小

6、于200 /h ， 而碳鋼,低合金鋼:100 /h 高合金鋼:50 /h 出爐溫度: 600 以下第二節(jié) 退火工藝方法NoImage11 第九章 退火與正火NoImageNoImage 三、不完全退火 定義:將鋼件加熱至AC1和AC3(或Acm )之間,經(jīng)保溫 冷卻,以獲得接近平衡組織的熱處理工藝. 目的: 1.降低硬度,改善切削性能 2.獲得均勻組織,改善熱處理工藝性能 3.經(jīng)淬火,回火后獲得良好的綜合機械性能 不完全退火的溫度低，時間短，故成本較低。很多時候采用不完全退火來代替完全退火。 過共析鋼的不完全退火，實際上是球化退火的一種。 第二節(jié) 退火工藝方法NoImage12 第九章 退火與

7、正火NoImageNoImage四、球化退火 概念：使鋼中的碳化物球化，或獲得球狀珠光體的退火工藝。 目的： 1）降低硬度，改善切削性能； 2）獲得均勻組織，改善熱處理工藝性(加熱時過熱敏感性，變形，熱裂傾向小)； 3）經(jīng)淬火、回火后獲得優(yōu)良的綜合機械性能。 第二節(jié) 退火工藝方法NoImage13 第九章 退火與正火NoImageNoImage1、低于、低于Ac1溫度的球化退火溫度的球化退火 2、往復球化退火、往復球化退火 3、一次球化退火、一次球化退火第二節(jié) 退火工藝方法NoImage14 第九章 退火與正火NoImageNoImage1低于Ac1點溫度的球化退火: 把退火鋼件加熱到略低于A

8、C1的溫度，經(jīng)過長時間的保溫。使碳化物由片狀變成球狀的方法。 片狀滲碳體的表面積大，能量高，因此通過大曲率部位不斷溶斷，形成不規(guī)則的顆粒狀碳化物，并逐步球化。這種工藝需要很長球化時間。 這種球化主要是指先共析碳化物和共析碳化物，一次碳化物主要采用熱鍛的方法破碎。 n 第二節(jié) 退火工藝方法NoImage15 第九章 退火與正火NoImageNoImage2往復球化退火： 加速球化過程：把鋼先加熱到略高于AC1點的溫度，加熱保溫一段時間，而后又冷卻至略低于Ar1，例如碳鋼和低合金鋼在680保溫，接著又重新加熱到AC1略高的溫度(730-740 )，而后又冷卻至680，如此重復多次，最后空冷至室溫獲

9、得球狀球光體。反復加熱可溶斷先共析滲碳體網(wǎng)，加速球化過程，此方法只適用于于小型工具，因粗大工件和裝入量很大時，往復加熱冷卻很難實現(xiàn)。第二節(jié) 退火工藝方法NoImage16 第九章 退火與正火NoImageNoImage 3一次球化退火法： 目前生產(chǎn)上最常用的球化退火工藝，不完全退火法，要求退火前進行一次正火處理獲得細片狀珠光體，不允許有滲碳體網(wǎng)存在。 工藝： 加熱到稍高于AC1溫度保溫，然生冷到低于Ar1的溫度，形成球狀珠光體。 第二節(jié) 退火工藝方法NoImage17 第九章 退火與正火NoImageNoImage原理： 在加熱稍高于AC1的溫度時，奧氏體中，殘存尚未來得及溶解的滲碳體網(wǎng)，在加

10、熱到稍高于AC1的溫度時，使奧氏體中只殘存有尚未來得及溶解的滲碳體粒子，或碳的富集區(qū)，在以后冷至低于Ar1溫度過程中，滲碳體粒子或碳的富集區(qū)，作為珠光體轉變時結晶核心，形成球狀珠光體。 球化退火保溫時間：4小時 球化退火的冷卻速度：20 /h 為縮短球化退火總的過程時間，可采用700附近等溫退火的工藝，等溫時間 510小時. 含Me 較多的鋼，奧氏體穩(wěn)定性較大，宜采用較長時間等。第二節(jié) 退火工藝方法NoImage18 第九章 退火與正火NoImageNoImage碳鋼一次球化退火加熱碳鋼一次球化退火加熱溫度規(guī)范溫度規(guī)范冷卻速度對冷卻速度對GCr15鋼球化退火的影鋼球化退火的影響響第二節(jié) 退火工

11、藝方法NoImage19 第九章 退火與正火NoImageNoImage五再結晶退火和消除應力退火 再結晶退火： 經(jīng)過冷變形后的金屬加熱到再結晶溫度以上，保持適當時間，使形變晶粒重新轉變?yōu)榫鶆虻牡容S晶粒，以消除形變強化和殘余應力的熱處理工藝。 目的： 消除冷作硬化，提高延展性（塑性），改善切削性能及壓延成型性能。第二節(jié) 退火工藝方法NoImage20 第九章 退火與正火NoImageNoImage1.硬度；硬度； 2.抗拉強度；抗拉強度；3.屈服強度；屈服強度；4.內(nèi)應力；內(nèi)應力；5.延伸率；延伸率；6.斷面收縮率；斷面收縮率；7.再結晶晶粒大小再結晶晶粒大小第二節(jié) 退火工藝方法NoImage

12、21 第九章 退火與正火NoImageNoImage 再結晶退火溫度：一般鋼材再結晶退火溫度650700 ；銅合金 600700 ；鋁合金 350400。 再結晶退火溫度：鐵 450 ；銅 270 ；鋁 100。 去應力退火：為去除由于形變加工，鍛造，焊接等所引起的及鑄件內(nèi)存在的殘余應力（但不引起組織的變化）而進行的退火。 去應力退火的溫度范圍很寬，應根據(jù)具體情況而定， 去應力退火均應緩慢冷卻，以免產(chǎn)生新的應力。 第二節(jié) 退火工藝方法NoImage22 第九章 退火與正火NoImageNoImage 9.3 鋼的正火 正火：加熱溫度AC3或Accm+（3050），工件透燒，然后空冷 .目的及用

13、途：為過共析鋼的球化退火提供細片狀球光體，消除網(wǎng)狀碳化物，以及消除粗大鐵素體塊，消除魏氏組織。 溫度選擇：為縮短工件在高溫時的停留時間，而心部又能達到要求得加熱溫度，采用稍高于完全退火的溫度。保溫時間以工件燒透為準。第三節(jié) 鋼的正火NoImage23 第九章 退火與正火NoImageNoImage應注意的問題：n1低碳鋼正火的目的：提高切削性能。 n2中碳鋼正火應根據(jù)鋼的成分及工件尺寸來確定冷卻方式。 n3過共析鋼正火：消除網(wǎng)狀碳化物，可采用較大冷速，如鼓風，噴霧，甚至油冷，水冷至Ar1點以下，取出空冷。 n4雙重正火：過熱組織或鑄件粗大鑄造組織，采用兩次正火 第一次正火：AC3+150 20

14、0 第二次正火：A3+3050目的是為了細化組織第三節(jié) 鋼的正火NoImage24 第九章 退火與正火NoImageNoImage9.4 退火 正火后鋼的組織和性能n組織：均是珠光體型組織； 1、組織區(qū)別： 亞共析鋼，先共析鐵素體少，珠光體較多，珠光體片間距較小，珠光體團的尺寸較??； 過共析鋼來說，與完全退火相比較正火的不僅珠光體的片間距及團直徑較小，而且可以抑制先共析網(wǎng)狀滲碳體的析出，而完全退火的則有網(wǎng)狀滲碳體存在。 n 第四節(jié) 組織與性能NoImage25 第九章 退火與正火NoImageNoImage2性能比較 正火與退火比較， 對共析鋼來說，正火的強度與韌性較高，塑性相仿，退火的其強度

15、、硬度、韌性均低于正火的，只有球化退火的，因其所得組織為球狀珠光體，故其綜合性能優(yōu)于正火的。 3退火與正火的選用 根據(jù)鋼種，前后連接的冷熱加工工藝，以及最終加工零件使用條件來進行。 n 第四節(jié) 組織與性能NoImage26 第九章 退火與正火NoImageNoImage第四節(jié) 組織與性能NoImage27 第九章 退火與正火NoImageNoImage選擇原則：n 含碳不大于 0.25%的鋼,在沒有其它熱處理工序時,可用正火提高強度,滲碳鋼,用正火消除鍛造缺陷及提高切削加工性能, 含碳小于0.2%的鋼應采用高溫正火.對這類鋼只有形狀復雜的大型鑄件,才用退火消除鑄造應力.第四節(jié) 組織與性能NoI

16、mage28 第九章 退火與正火NoImageNoImage 含C0.250.5%的鋼,一般采用正火,含碳0.250.35%的鋼,正火后其硬度接近于最佳切削加工硬度,對含碳量較高的鋼,硬度雖稍高(200HB),但由于正火的生產(chǎn)率高,成本低,仍采用正火,只有對Me含量較高的鋼才采用完全退火. 含C 0.500.75%的鋼 一般采用完全退火. 原因：含碳量較高的鋼，正火后硬度太高,不利于切削加工,而退火后的硬度正好適于切削加工。 工序是:退火降低硬度,然后切削加工，最終進行淬火,回火.第四節(jié) 組織與性能NoImage29 第九章 退火與正火NoImageNoImage 含C 0.751.0%的鋼,

17、有的用來制造彈簧,有的用來制造刀具；做彈簧；用完全退火法使?jié)B碳體球化時應先正火,消除網(wǎng)狀滲碳體,并細化珠光體片. 含C大于1.0%的鋼,用于制造工具,均采用球化退火作預備熱處理. 當鋼中含有較多合金元素時,一般用高溫回火來降低硬度,以便切削加工. n 第四節(jié) 組織與性能NoImage30 第九章 退火與正火NoImageNoImage9.5 退火正火的缺陷n1、過燒：加熱溫度過高，晶界氧化，甚至晶界局部熔化造成工件報廢，無法修復。第五節(jié) 缺陷NoImage31 第九章 退火與正火NoImageNoImagen2、 黑脆：碳素工具鋼或低合金工具鋼在退火后，有時發(fā)現(xiàn)硬度雖然很低，但脆性卻很大，一折

18、即斷，斷口呈黑色，因此叫黑脆。 n金相組織特點：部分滲碳體轉變成石墨 n原因 nA、退火溫度過高，保溫時間過長，冷卻緩慢，珠光體轉變按更穩(wěn)定的鐵石墨平衡相圖進行。 nB、含碳量過高，含錳量過低，含有微量的促進石墨化的雜質（如鋁等）發(fā)現(xiàn)黑脆的工件不能返修。第五節(jié) 缺陷NoImage32 第九章 退火與正火NoImageNoImageT12鋼退火形成石墨碳鋼退火形成石墨碳第五節(jié) 缺陷NoImage33 第九章 退火與正火NoImageNoImage3、粗大魏氏組織n組織特點：亞共析鋼中先共析鐵素體晶界上有粗大滲碳體存在，珠光體片間距較大；過共析鋼中先共析滲碳體周圍有很能寬鐵素體條，而先共析滲碳體網(wǎng)也很寬。 n產(chǎn)生原因：當亞共析或過共析鋼退火時，在Ar1 點附近冷卻過慢，特別是在略低于Ar1點的溫度下長期停留。第五節(jié) 缺陷NoImage34 第九章 退火與正火NoImageNoImagen形成過程：待先共析相析出后，在后續(xù)的珠光體轉變中，鐵素體或滲碳體自由長大，而形成游離態(tài)的鐵素體或滲碳體，結果在亞共析鋼中出現(xiàn)非共析滲碳體，而在過共析鋼中出現(xiàn)游離鐵素體，這和正常組織相反，所以稱為反常組織。 反常組織造成淬火軟點。 n消除辦法：重