工艺第2章 退火与正火1

第二章退火和正火第一节退火、正火的定义、目的和分类退火：把工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺。目的:均匀化学成分，改善机械性能（降低硬度，提高塑性、韧性），消除或减少应力，为最终热处理作准备。分类:在临界温度以上的退火（重结晶退火），包括完全退火(均匀化退火）、不完全退火、扩散退火、球化退火；临界温度以下的退火，包括软化退火，再结晶退火，去应力退火铸铁件的退火包括各种石墨化退火及去应力退火；有色金属退火主要是扩散退火、再结晶退火及去应力退火。正火：把工件加热到Ac3（Accm)以上适当温度（30～50℃），保温适当时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。目的：提高硬度、细化晶粒，获得比较均匀的组织和性能。第二节常用退火工艺方法一、扩散退火:1、定义：将金属铸锭、铸件、锻件或锻坯在略低于固相线的温度下长期加热，保温后缓慢冷至室温的热处理工艺。扩散退火称均匀化退火。2、目的：以消除或减少化学成分偏析及显微组织(枝晶)的不均匀性，达到均匀化目的。3、应用：多用于优质合金钢，偏析现象较为严重的合金以及碳钢。4、加热温度、保温时间的确定加热温度:Ac3或Accm以上150-300℃；温度过高影响加热炉寿命钢件烧损过多.一般加热温度：碳钢:1100-1200℃；合金钢:1200-1300℃加热速度:100-200℃/h保温时间:30-60分种/25毫米或1.5-2.5分/毫米若装炉量较大则4/5.8Q式中：τ-时间(h)Q-装炉量(t)吨保温时间≤15h5、冷却速度的确定冷却速度:50℃/h。高合金钢的冷却速度≤20-30℃/h。出炉温度600℃以下出炉空冷。高合金钢，高淬透性钢应低于350℃/h，以免产生应力过高。6、说明：扩散退火要补充一次完全退火,铸锭不必要。扩散退火不能完全消除组织和成分不均匀想象，要结合压力加工方法。铜合金的扩散退火温度:700-950℃铝合金的扩散退火温度:400-500℃二、完全退火1、定义将钢件或钢材加热到Ac3点以上20~30℃,使之完全奥氏体化，然后缓慢冷却，获得接近于平衡组织的热处理工艺2、目的细化晶粒,降低硬度,改善切削性能,消除内应力。3、适用范围含碳0.30-0.60%的亚共析钢（中碳钢）。4/5.8Q4、保温时间的确定对结构钢、弹簧钢、热作模具钢等的完全退火退火加热速度取100～200℃/h，保温时间如下式：其中:τ-时间(h)、Q-装炉量(t)吨对于亚共析钢锻轧钢材完全退火主要是消除锻后的组织及硬度的不均匀性,改善切削加工性能,为后续的热处理做好组织准备.保温时间:τ=(3~4)+(0.4~0.5)Q(h)其中:τ-时间(h)；Q-装炉量(t)吨5、冷却速度的确定冷却速度:小于200℃/h；而碳钢,低合金钢:100℃/h；高合金钢:50℃/h。出炉温度:600℃以下空冷。三、不完全退火1、定义:将钢件加热至Ac1和Ac3之间，或Ac1与Accm之间,经保温冷却,以获得接近平衡组织的热处理工艺.2、目的:降低硬度,改善切削性能；经淬火,回火后获得良好的综合机械性能。3、说明：不完全退火的温度低，时间短，故成本较低。亚共析钢有时可以采用不完全退火来代替完全退火。过共析钢的不完全退火，实际上是球化退火的一种。四、球化退火1、概念：使钢中的碳化物球化，或获得球状珠光体的退火工艺。加热温度Ac1＋10～30℃。2、说明：球化原因：片状渗碳体的单位体积所占的表面积大于球状的，表面能大于球状。这种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热锻的方法破碎。3、目的：1）降低硬度，改善切削性能；2）获得均匀组织，改善热处理工艺性(加热时过热敏感性，变形，热裂倾向小)；3）经淬火、回火后获得优良的综合机械性能(原始组织为球状时，经淬火回火后强度硬度相同时，塑性韧性更好，具有更高的接触疲劳强度和更长的寿命)。4、球化退火工艺①低于Ac1点温度的球化退火:概念：把退火钢件加热到略低于Ac1的温度，经过长时间的保温。使碳化物由片状变成球状的方法。应用：少。碳化物球化的几种退火工艺1、低于Ac1温度的球化退火2、往复球化退火3、一次球化退火②往复球化退火：概念：把钢先加热到略高于Ac1点的温度，加热保温一段时间，而后又冷却至略低于Ar1，应用：此方法只适用于于小型工具，因粗大工件或装入量很大时，往复加热冷却很难实现。例如：碳钢和低合金钢加热到AC1略高的温度(730-740℃)保温，而后冷却至680℃，如此重复多次，最后空冷至室温获得球状球光体。反复加热可溶断先共析渗碳体网，加速球化过程。碳化物球化的几种退火工艺1、低于Ac1温度的球化退火2、往复球化退火3、一次球化退火③一次球化退火法：概念：加热到稍高于Ac1温度保温，然后冷到低于Ar1的温度（550℃），出炉空冷或炉冷到室温，形成球状珠光体。应用：目前生产上最常用的球化退火工艺，实际上为不完全退火法。说明：若钢中含有网状渗碳体，则要求球化退火前进行一次正火处理，以去除网状渗碳体，获得细片状珠光体。碳化物球化的几种退火工艺1、低于Ac1温度的球化退火2、往复球化退火3、一次球化退火5、球化退火的原理：在加热稍高于Ac1的温度时，得到奥氏体及未溶解的渗碳体颗粒，或碳的富集区，在以后冷至低于Ar1温度过程中，渗碳体粒子或面的富集区，作为珠光体转变时形核核心，形成球状珠光体。6、保温时间：4小时7、冷却速度：20℃/h。五．再结晶退火1、概念经过冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力的热处理工艺。2、目的：消除加工硬化，降低硬度，改善切削加工性能；提高延展性（塑性），及压延成型性能。3、应用：存在加工硬化的冷变形金属。冷加工变形和退火温度对金属组织和性能影响示意图1硬度；2抗拉强度；3屈服强度；4内应力；5延伸率；6断面收缩率；7再结晶晶粒大小4、再结晶退火温度：一般钢材再结晶退火温度650~700℃；铜合金600~700℃；铝合金350~400℃。六、去应力退火：1、概念：为去除由于形变加工、锻造、焊接等所引起的及铸件内存在的残余应力（但不引起组织的变化）而进行的退火。2、目的：去除残余应力。3、应用：铸造、锻造、焊接等存在残余应力的工件。4、温度的确定：去应力退火的温度范围很宽，应根据具体情况而定。5、冷却方式：去应力退火均应缓慢冷却到室温，以免产生新的应力。第三节钢的正火1、概念：加热温度Ac3（Accm)+（30~50℃），保温然后空冷。2、目的及用途：为消除网状碳化物，过共析钢的球化退火提供细片状球光体，改善组织，消除热加工缺陷。如消除粗大铁素体块，消除魏氏组织。提高硬度，改善切削加工性能。作为普通零件的最终热处理。3、温度选择：为缩短工件在高温时的停留时间，而心部又能达到要求得加热温度，采用稍高于完全退火的温度。4、保温时间：以工件烧透为准。5、应注意的问题：低碳钢正火的目的：提高硬度，改善切削性能。对碳很低的钢，如正火后硬度仍低，可造当提高加热温度增大过冷奥氏体的稳定性获得较细的珠光体，与分散度较大的铁素体。中碳钢正火：应根据钢的成分及工件尺寸来确定冷却方式。过共析钢正火：消除网状碳化物。加热时必须保证碳化物全部溶入奥氏体中，为抑制自由碳化物的析出使其获得伪共析组织，采用较大冷速，如鼓风，喷雾，甚至油冷，水冷至Ar1点以下，取出空冷。4．双重正火有些锻件的过热组织或铸件粗大铸造组织，一次正火不能达到细化组织的目的，采用两次正火。第一次正火：Ac3+150~200℃以扩散办法消除粗大组织，使成分均匀。第二次正火：Ac3+30~50℃目的是为了细化组织。第四节退火正火后钢的组织和性能1、组织比较相同点：均是珠光体型组织不同点：正火得到的珠光体，过冷度较大，片间距细小；完全退火得到的珠光体片间距较大。2．性能比较亚共析钢，正火的强度、硬度、韧性较高，塑性相仿；过共析钢，退火后强度、硬度、韧性均低于正火的，只有球化退火的，因其所得组织为球状珠光体，故其综合性能优于正火的。总之，对于含碳量相同的工件，正火后的强度和硬度要高于的退火的。3、退火与正火的选用根据钢种，前后连接的冷热加工工艺，以及最终加工零件使用条件来进行。选择原则：含碳小于0.25%的钢应采用正火，以提高硬度，改善切削加工性能。含碳量为0.25~0.5%的钢,可以采用退火或正火处理，但一般采用正火处理。正火后其硬度接近于最佳切削加工硬度。含碳量为0.50~0.75%的钢，一般采用完全退火，以降低硬度，改善切削加工性能。含碳量为0.75~1.0%的钢，做弹簧用完全退火；做刀具采用球化退火。含碳量大于1.0%的钢,用于制造工具,均采用球化退火作预备热处理.当钢中含有较多合金元素时,一般用高温回火来降低硬度,以便切削加工。