1-8 鋼的退火與正火

1、第八章 鋼的退火與正火,最基本的熱處理工序； 消除鑄鍛件及焊接件的工藝缺陷； 改善金屬材料的加工成型性能、切削加工性能、熱處理工藝性能，以及穩(wěn)定零件幾何尺寸，獲得一定的性能。 工藝是否得當(dāng)是關(guān)系到低能耗、高質(zhì)量地生產(chǎn)機器零件或其他機械產(chǎn)品的重要問題。,8.1 退火的定義、目的和分類,定義：將金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，使其組織、結(jié)構(gòu)達(dá)到或接近平衡狀態(tài)的熱處理工藝。 目的：均勻化學(xué)成分、改善力學(xué)性能及工藝性能、消除或減少內(nèi)應(yīng)力，并為零件最終熱處理準(zhǔn)備合適的內(nèi)部組織。 分類：按加熱溫度可分為兩大類： 第一類：在臨界溫度以上的退火，又稱相變重結(jié)晶退火，包括完全退火；不完全退

2、火；球化退火；擴散退火等。 第二類是在臨界溫度以下的退火，包括：再結(jié)晶退火；去應(yīng)力退火等。,一、完全退火 定義：將亞共析鋼加熱至Ac3以上3050，保溫一定時間后隨爐緩慢冷卻，獲得接近平衡狀態(tài)的熱處理工藝，稱為完全退火。 適用對象：適用于含碳量為0.30.6%，經(jīng)熱機械加工后的亞共析碳鋼或合金鋼。 目的：細(xì)化晶粒、降低硬度、改善切削性能以及消除內(nèi)應(yīng)力。,8.2 常用退火工藝方法,工藝參數(shù) （1）加熱速度： 碳鋼：150200/h 合金鋼：50100/h （2）加熱溫度 可按鐵碳相圖來確定，原則上Ac3+（3050） （3）保溫時間 碳鋼：按有效厚度 1h/25mm，超過25mm，每25mm增加

3、0.5h。 合金鋼：1h/20mm 保溫時間=透燒時間+組織轉(zhuǎn)變時間,（4）冷卻速度（爐冷） 冷卻速度應(yīng)緩慢，以保證奧氏體在Ar1點以下不大的過冷度情況下進行珠光體轉(zhuǎn)變，以免硬度過高。 小于30/h 出爐溫度：600以下。,二、不完全退火 定義：亞共析鋼在Ac1Ac3之間或過共析鋼在Ac1Accm之間兩相區(qū)加熱，保溫足夠時間后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為不完全退火。 適用對象： 對亞共析鋼：組織已經(jīng)滿足要求，但彌散度高（硬度高），這種情況下進行不完全退火。 對過共析鋼：目的是為了細(xì)化和均勻組織，一定要進行不完全退火。 不能加熱到Accm以上 容易生成網(wǎng)狀滲碳體 導(dǎo)致開裂,工藝參數(shù) 亞共析鋼：740

4、780 優(yōu)點：加熱溫度低，操作條件好，節(jié)省燃料和時間。 過共析鋼：在Ac1Accm之間較高溫度奧氏體化，冷卻后使之得到片狀珠光體。,軟化退火,三、球化退火 1. 定義：將共析及過共析鋼中的片狀碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙钐蓟铮怪鶆蚍植加阼F素體基體上的一種退火工藝，是不完全退火的一種特例。 2. 適用對象：含碳量大于0.6%的高碳工模具鋼，合金工具鋼，軸承鋼；為改變冷變形工藝的低中碳鋼。 3. 目的 降低硬度、改善切削性能 獲得均勻組織、改善熱處理工藝性能 經(jīng)淬火、回火后獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能,4. 球化組織的特點 （1）球化組織比片狀珠光體硬度低，便于切削加工。 一般情況下，HB250 加工困難 （

5、2）具有球化的原始組織，在淬火加熱過程中不易過熱，在淬火過程中不易變形開裂。（因為球狀顆粒比較小，加熱過程中不易溶解到奧氏體中去） （3）球化的原始組織可以提高淬火回火后的性能。（球化退火前若有網(wǎng)狀滲碳體，則球化退火將變得非常困難）,5. 球化退火工藝 （1）一般球化退火 加熱溫度：Ac1+20 冷卻速度：35/h冷到Ar1以下一定溫度 （2）等溫球化退火 加熱溫度：Ac1+20 冷卻到略低于Ar1溫度進行等溫,（3）周期球化退火 在Ac1以上20和Ar1以下20左右交替保溫,Ac1,Ar1,600出爐,爐冷,快冷,爐冷,爐冷,爐冷,600出爐,600出爐,溫度/,時間/h,740750 ,6

6、80690 ,690710 ,740750 ,6. 影響球化退火的因素 （1）化學(xué)成分 碳對鋼中碳化物球化具有重要影響，鋼中含碳量越高，碳化物數(shù)量越多，在較寬的奧氏體化溫度范圍內(nèi)加熱易于球化。 含C量：高碳鋼較低碳鋼容易球化 合金元素：鋼中若含有強碳化物形成元素，球化較易。,（2）原始組織的影響 球化退火前原始組織的類型、晶粒粗細(xì)以及自由鐵素體、碳化物的大小、形狀、數(shù)量和分布等均顯著影響球化過程。 S回易球化 亞共析鋼有塊狀F+P，則球化不均勻 B、T易球化 網(wǎng)狀的滲碳體很難球化 冷變形易球化,在共析鋼中的二次碳化物呈網(wǎng)狀時很難球化，如圖中a，b所示,為了消除網(wǎng)狀碳化物可在球化退火前進行一次正

7、火處理或高溫固溶處理。如圖中c，d所示,圖8.2 T12鋼球化退火組織,（3）加熱溫度和保溫時間 加熱溫度越高，奧氏體越容易出現(xiàn)片狀珠光體而不容易球化；延長保溫時間，使奧氏體中碳濃度趨于均勻，也會使片狀珠光體出現(xiàn)，但其影響比溫度的作用弱得多。 （4）冷卻速度 提高冷卻速度將降低轉(zhuǎn)變溫度，從而使碳化物球化時的臨界擴散距離減小，有助于形成片狀碳化物； 冷卻過慢，碳化物過于粗大。,（5）形變的影響 層狀珠光體經(jīng)過塑性變形可以加速球化過程。,四、等溫退火 1. 概念：將工件加熱到高于Ac3或Ac1溫度，保持適當(dāng)時間后，較快地冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的某一溫度并等溫保持使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，然后在空

8、氣中冷卻的退火工藝稱為等溫退火。 2.適用對象：過冷奧氏體在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)比較穩(wěn)定的合金鋼。,3. 工藝參數(shù) （1）加熱溫度 亞共析鋼：Ac3+（3050） 過共析鋼：Ac1+（3050） （2）等溫溫度：根據(jù)退火后的性能（硬度）而定，從該鋼種C曲線選擇。 硬度高：A1-（80100） 硬度低：A1-（3070） （3）等溫時間：比C曲線標(biāo)注的時間稍長一些。 一般合金鋼：34h,五、均勻化(擴散)退火 1. 定義：將金屬鑄錠、鑄件或鋼坯在略低于固相線的溫度下長期加熱，消除或減少化學(xué)成分偏析以及顯微組織（枝晶）的不均勻性，以達(dá)到均勻化的熱處理工藝稱為均勻化退火。 2. 偏析現(xiàn)象 由于鑄錠或鑄件在結(jié)

9、晶過程中鋼液發(fā)生選擇性結(jié)晶及不均勻冷卻，將發(fā)生偏析現(xiàn)象。,化學(xué)成分的不均勻 非金屬的夾雜不均勻分布 在偏析區(qū)形成氣泡氣孔，對以后熱處理性能造成危害。,圖8.3 16Mn鑄鋼的枝晶偏析（100）,3. 偏析危害 造成大型鑄件各部分成分差異大，從而使相變過程產(chǎn)生差異，導(dǎo)致大型鑄件組織和性能不均勻。 偏析區(qū)內(nèi)碳、硫、磷的不均勻分布，容易在壓力加工或熱處理時造成廢品。 偏析將導(dǎo)致機械性能惡化，熱軋后偏析區(qū)形成帶狀組織。 4. 應(yīng)用：合金鋼鋼錠或鑄件,5. 工藝 溫度：11001200 保溫時間：1015h 6.擴散退火后鋼的晶粒粗大，必須進行一次完全退火或正火來細(xì)化晶粒，消除過熱缺陷，為隨后熱處理做好

10、準(zhǔn)備。,六、再結(jié)晶和去應(yīng)力退火 1. 再結(jié)晶退火 定義：經(jīng)過冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持適當(dāng)時間，使形變晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻牡容S晶粒，以消除形變強化和殘余應(yīng)力的熱處理工藝。 目的：消除加工硬化，提高塑性，改善切削性能及壓延成型性能。 加熱溫度：再結(jié)晶溫度以上，Ac1以下,2. 去應(yīng)力退火 定義：為了消除鑄造、焊接、熱軋、熱鍛等過程引起的內(nèi)應(yīng)力而進行的退火稱為去應(yīng)力退火。 目的：消除鑄件、鍛件、焊接件應(yīng)力，穩(wěn)定幾何形狀，防止變形和開裂。 加熱溫度：550650 冷卻：冷到500后出爐空冷,1. 定義：將鋼加熱到Ac3或Accm以上3050并保溫一定時間，然后出爐在空氣中冷卻的熱處理工

11、藝。 2. 目的 為下一步熱處理做組織準(zhǔn)備 低碳鋼通過正火可以改善鋼的加工性 對過共析鋼，正火可消除網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火 正火可作為中碳鋼或中碳合金鋼的最終熱處理，代替調(diào)質(zhì)處理，使工件具有一定的綜合力學(xué)性能。,8.3 鋼的正火,3. 正火溫度 Ac3（ Acm ）+（3050） 含強碳化物元素：Ac3 （ Acm ） +（120150）,圖8.4 正火工藝生產(chǎn)線,一、退火與正火的區(qū)別 1. 正火的冷卻速度快，過冷度較大； 2. 正火后得到的組織較細(xì)，強度和硬度比退火高一些。,8.4 退火正火后的組織性能與工藝選用,二、退火正火后組織性能 1. 都是珠光體組織，但正火的片層間距小 2. 正火

12、組織比退火組織細(xì) 3. 正火后的先共析相數(shù)量少 4. 對于合金鋼，退火后易獲得粒狀珠光體，正火后易得S或T 5. 正常條件下，正火或退火均能細(xì)化晶粒 非正常條件下，正火后易得到魏氏組織,三、退火與正火工藝的選用 1. 從切削加工性上考慮 （1）低碳鋼（0.25%）：采用正火處理，便于切削 （2）中碳鋼：0.25%0.5%，應(yīng)采用正火合適 0.5%0.75%的中碳鋼或合金中碳鋼，采用退火合適 （3） C%0.75%高碳鋼 采用球化退火作為預(yù)備熱處理，若有網(wǎng)狀二次滲碳體存在，則應(yīng)先進行正火以消除網(wǎng)狀滲碳體。,2. 從使用性能上考慮 對工件受力不大，性能要求不高，可用正火作為最終熱處理，代替淬火+回火 3. 從經(jīng)濟成本上考慮 在鋼的使用性能和工藝性能都能滿足的前提下，盡可能選用正火,鋼的臨界點：,平衡臨界點：,加熱臨界點：,冷卻臨界點：,A1、 A3、 Acm,Ac1、Ac3、Accm,Ar1、Ar3、Arcm,熱處理的主要目的:改變鋼的性能。,熱處理的應(yīng)用范圍:整個制造業(yè)。,熱處理的分類,熱處理,整 體 熱