鋼的熱處理-退火與正火-方法、工序

　　常用的熱處理工藝分為兩大類：
　　預(yù)備熱處理目的：消除坯料、半成品中的某些缺陷，為后續(xù)冷加工，*終熱處理作組織準(zhǔn)備。
　　*終熱處理目的：使工件獲得所要求的性能。
　　退火與正火的目的 :消除鋼材經(jīng)熱加工所引起的某些缺陷,或?yàn)橐院蟮那邢骷庸ぜ?終熱處理做好組織準(zhǔn)備。
　　一、鋼的退火
　　1、 概念： 將鋼件加熱到適當(dāng)溫度 (Ac 1 以上或以下)，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝稱為退火。
　　2、 目的：
　?。?span lang="EN-US">1）降低硬度，提高塑性，
　?。?span lang="EN-US">2）細(xì)化晶粒，消除組織缺陷
　?。?span lang="EN-US">3）消除內(nèi)應(yīng)力
　　（4）為淬火作好組織準(zhǔn)備
　　3、類型：(根據(jù)加熱溫度可分為在臨界溫度（Ac1或Ac3）以上或以下的退火，前者又稱相變重結(jié)晶退火，包括完全退火、擴(kuò)散退火均勻化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再結(jié)晶退火及去應(yīng)力退火。)
　?。?span lang="EN-US">1） 完全退火：
　　1） 概念：將亞共析鋼（Wc＝0.3％～0.6％）加熱到AC3+（30～50）℃，完全奧氏體化后，保溫緩冷（隨爐、埋入砂、石灰中），以獲得接**衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝稱為完全退火。
　　2） 目的：細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、改善切削加工性能。
　　3） 工藝：完全退火采用隨爐緩冷可以保證先共析鐵素體的析出和過冷奧氏體在Ar1以下較主溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。工件在退火溫度下的保溫時(shí)間不僅要使工件燒透，即工件心部達(dá)到要求的加熱溫度，而且要保證全部看到均勻化的奧氏體，達(dá)到完全重結(jié)晶。完全退火保溫時(shí)間與鋼材成分、工件厚度、裝爐量和裝爐方式等因素有關(guān)。 實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，為了提高生產(chǎn)率，退火冷卻至 600℃左右即可出爐空冷。
　　4） 適用范圍：中碳鋼和中碳合金鋼的鑄，焊，鍛，軋制件等。
　　注意事項(xiàng)：低碳鋼和過共析鋼不宜采用完全退火。低碳鋼完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。過共析鋼加熱至Accm以上奧氏體狀態(tài)緩冷退火時(shí)，有網(wǎng)狀二次滲碳體析出，使鋼的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性顯著降低。
　?。?span lang="EN-US">2） 球化退火
　　1）概念：使鋼中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火工藝稱為球化退火。
　　2） 工藝：一般球化退火工藝Ac 1+(10～20)℃　隨 爐 冷 至 500～600 ℃空冷。
　　3） 目的：降低硬度、改善組織、提高塑性和切削加工性能。
　　4） 適用范圍：主要用于共析鋼、過共析鋼的刃具、量具、模具等。
　　過共析鋼中有網(wǎng)狀二次滲碳體時(shí)，不僅硬度高，難以進(jìn)行切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產(chǎn)生淬火變形及開裂。為此，鋼熱加工后必須加一道球化退火，使網(wǎng)狀二次滲碳體和珠光體中的片狀滲體發(fā)生球化，得到粒狀珠光體。 冷卻速度和等溫溫度也會(huì)影響碳化物獲得球化的效果，冷卻速度快或等溫溫度低，珠光體在較低溫度下形成，碳化物顆粒太細(xì)，聚集作用小，容易形成片狀碳化物，從而使硬度偏高。如果冷卻速度過慢或等溫溫度過高，形成碳化物顆粒較粗大，聚集作用也很強(qiáng)烈，易形成粗細(xì)不等的粒狀碳化物，使硬度偏低。
　　（３） 均勻化退火（擴(kuò)散退火）
　　1） 工藝：把合金鋼鑄錠或鑄件加熱到 Ac 3 以上150～200℃，保溫10～15h后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。
　　2）目的：消除結(jié)晶過程中的枝晶偏析，使成分均勻化。由于加熱溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)引起奧氏體晶粒嚴(yán)重粗化，因此一般還需要進(jìn)行一次完全退火或正火，以細(xì)化晶粒、消除過熱缺陷。
　　3） 適用范圍：主要用于質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件、鍛件。
　　4）注意：高溫?cái)U(kuò)散退火生產(chǎn)周期長(zhǎng)，消耗能量大，工件氧化、脫碳嚴(yán)重，成本很高。只是一些上等合金鋼及偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件及鋼錠才使用這種工藝。對(duì)于一般尺寸不大的鑄件或碳鋼鑄件，因其偏析程度較輕，可采用完全退火來細(xì)化晶粒，消除鑄造應(yīng)力。
　　（４） 去應(yīng)力退火
　　1) 概念： 為去除由于塑性變形加工,焊接等而造成的應(yīng)力以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火稱為去應(yīng)力退火。（去應(yīng)力退火不發(fā)生相變）
　　2) 工藝：將工件緩慢加熱到 Ac 1 以下100～200℃（500～600℃）保溫一定時(shí)間（1～3h）后隨爐緩冷至200℃，再出爐冷卻。
　　鋼一般在 500～600℃
　　鑄鐵一般在 500～550℃超過550時(shí)容易造成珠光體的石墨化。
　　焊接件一般為 500～600℃。
　　3）適用范圍：消除鑄、鍛、焊件，冷沖壓件以及機(jī)加工工件中的殘余應(yīng)力，以穩(wěn)定鋼件的尺寸，減少變形，防止開裂。
　　二、鋼的正火
　　1、概念： 將鋼件加熱到Ac 3 (或Ac cm)以上30～50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后；在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝稱為鋼的正火。
　　2、 目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，調(diào)整硬度等。
　　3、 組織：共析鋼 S 、亞共析鋼F+S、過共析鋼 
　　4、工藝：正火保溫時(shí)間和完全退火相同，應(yīng)以工件透燒，即心部達(dá)到要求的加熱溫度為準(zhǔn)，還應(yīng)考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設(shè)備等因素。正火冷卻方式*常用的是將鋼件從加熱爐中取出在空氣中自然冷卻。對(duì)于大件也可采用吹風(fēng)、噴霧和調(diào)節(jié)鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達(dá)到要求的組織和性能。
　　5、應(yīng)用范圍：
　　1）改善鋼的切削加工性能。碳的含量低于0.25％的碳素鋼和低合金鋼，退火后硬度較低，切削加工時(shí)易于“粘 刀"，通過正火處理，可以減少自由鐵素體，獲得細(xì)片狀珠光體，使硬度提高，可以改善鋼的切削加工性，提高刀具的壽命和工件的表面光潔程度。
　　2）消除熱加工缺陷。中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄、鍛、軋件以及焊接件在加熱加工后易出現(xiàn)粗大晶粒等過熱缺陷和帶狀組織。通過正火處理可以消除這些缺陷組織，達(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力的目的。
　　3）消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火。過共析鋼在淬火之前要進(jìn)行球化退火，以便于機(jī)械加工并為淬火作好組織準(zhǔn)備。但當(dāng)過共析鋼中存在嚴(yán)重網(wǎng)狀碳化物時(shí)，將達(dá)不到良好的球化效果。通過正火處理可以消除網(wǎng)狀碳化物。
　　4）提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。一些受力不大、性能要求不高的碳鋼和合金鋼零件采用正火處理，達(dá)到一定的綜合力學(xué)性能，可以代替調(diào)質(zhì)處理，作為零件的*終熱處理。
　　三、退火和正火的選擇
　　退火與正火的主要區(qū)別：
　　1、正火的冷卻速度比退火稍快，過冷度較大
　　2、正火后所得到的組織比較細(xì)，強(qiáng)度和硬度比退火高一些。
　　退火與正火的選擇 ：
　?。?、含碳量＜0.25％的低碳鋼，通常采用正火代替退火。因?yàn)檩^快的冷卻速度可以防止低碳鋼沿晶界析出游離三次滲碳體，從而提高沖壓件的冷變形性能；用正火可以提高鋼的硬度，低碳鋼的切削加工性能；在沒有其它熱處理工序時(shí)，用正火可以細(xì)化晶粒，提高低碳鋼強(qiáng)度。
　?。?、含碳量在0.25～0.5％之間的中碳鋼也可用正火代替退火，雖然接近上限碳量的中碳鋼正火后硬度偏高，但尚能進(jìn)行切削加工，而且正火成本低、生產(chǎn)率高。
　?。?、含碳量在0.5～0.75％之間的鋼，因含碳量較高，正火后的硬度顯著高于退火的情況，難以進(jìn)行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性。
　?。础?含碳量＞ 0.75％的高碳鋼或工具鋼一般均采用球化退火作為預(yù)備熱處理，如有網(wǎng)狀二次滲碳體存在，則應(yīng)先進(jìn)行正火消除。退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。緩冷是退火的主要特點(diǎn)，退火件一般隨爐冷卻至550℃以下時(shí)出爐空冷。退火是應(yīng)用非常廣泛的熱處理，在工模具或機(jī)械零件等的制造過程中，經(jīng)常作為預(yù)備熱處理安排在鑄鍛焊之后，切削（粗）加工之前，用以消除前一道工序所帶來的某些缺陷，并為隨后的工序做好準(zhǔn)備。
　　退火目的①降低材料硬度，以利于切削加工；②消除各類應(yīng)力，防止零件變形；③細(xì)化粗大晶粒，改善內(nèi)部組織，為*終熱處理做好準(zhǔn)備。