第九章-退火与正火

1第九章退火与正火热处理原理与工艺第九章退火与正火2第九章退火与正火导读通过学习本章，主要掌握各种退火工艺方法及正火的概念，目的，基本掌握各种工艺方法所适用的条件。3第九章退火与正火9.1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，消除或减少应力，为最终热处理作准备。分类:重结晶退火，包括完全退火、不完全退火、扩散退火、球化退火；临界点以下退火，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。第九章退火和正火第一节定义与分类4第九章退火与正火正火：把工件加热到Ac3（Accm)以上适当温度，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：获得一定硬度、细化晶粒，获得比较均匀的组织和性能。第一节定义与分类5第九章退火与正火第一节定义与分类6第九章退火与正火9-2常用退火工艺方法一、扩散退火:定义：扩散退火称均匀化退火。将金属铸锭,铸件或锻件或锻坯在略低于固相线的温度下长期加热，消除或减少化学成分偏析及显微组织(枝晶)的不均匀性，以达到均匀化目的的热处理工艺。应用：多用于优质合金钢，偏析现象较为严重的合金.第二节退火工艺方法7第九章退火与正火加热温度:AC3或Acm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第二节退火工艺方法8第九章退火与正火τ-时间(h)Q-装炉量(t)吨保温时间≤15h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。高合金钢，高淬透性钢应低于350℃，以免产生应力过高。冷却方式:在空气中冷却扩散退火要补充一次完全退火,铸锭不必要。铜合金的扩散退火温度:700-950℃铝合金的扩散退火温度:400-500℃第二节退火工艺方法9第九章退火与正火二、完全退火定义:将钢件或钢材加热到AC3点以上,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目的:细化晶粒,降低硬度,改善切削性能,消除内应力；适用范围:含碳0.30-0.60%的中碳钢（温度不宜过高，AC3点以上20~30℃）低碳钢的完全退火温度:960-1100℃。第二节退火工艺方法10第九章退火与正火4/5.8Q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：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)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℃以下第二节退火工艺方法11第九章退火与正火三、不完全退火定义:将钢件加热至AC1和AC3(或Acm)之间,经保温冷却,以获得接近平衡组织的热处理工艺.目的:1.降低硬度,改善切削性能2.获得均匀组织,改善热处理工艺性能3.经淬火,回火后获得良好的综合机械性能不完全退火的温度低，时间短，故成本较低。很多时候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。第二节退火工艺方法12第九章退火与正火四、球化退火概念：使钢中的碳化物球化，或获得球状珠光体的退火工艺。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。第二节退火工艺方法13第九章退火与正火1、低于Ac1温度的球化退火2、往复球化退火3、一次球化退火第二节退火工艺方法14第九章退火与正火1．低于Ac1点温度的球化退火: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。片状渗碳体的表面积大，能量高，因此通过大曲率部位不断溶断，形成不规则的颗粒状碳化物，并逐步球化。这种工艺需要很长球化时间。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。第二节退火工艺方法15第九章退火与正火2．往复球化退火：加速球化过程：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，例如碳钢和低合金钢在680℃保温，接着又重新加热到AC1略高的温度(730-740℃)，而后又冷却至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，此方法只适用于于小型工具，因粗大工件和装入量很大时，往复加热冷却很难实现。第二节退火工艺方法16第九章退火与正火3．一次球化退火法：目前生产上最常用的球化退火工艺，不完全退火法，要求退火前进行一次正火处理获得细片状珠光体，不允许有渗碳体网存在。工艺：加热到稍高于AC1温度保温，然生冷到低于Ar1的温度，形成球状珠光体。第二节退火工艺方法17第九章退火与正火原理：在加热稍高于AC1的温度时，奥氏体中，残存尚未来得及溶解的渗碳体网，在加热到稍高于AC1的温度时，使奥氏体中只残存有尚未来得及溶解的渗碳体粒子，或碳的富集区，在以后冷至低于Ar1温度过程中，渗碳体粒子或碳的富集区，作为珠光体转变时结晶核心，形成球状珠光体。球化退火保温时间：4小时球化退火的冷却速度：20℃/h为缩短球化退火总的过程时间，可采用700℃附近等温退火的工艺，等温时间5~10小时.含Me较多的钢，奥氏体稳定性较大，宜采用较长时间等。第二节退火工艺方法18第九章退火与正火碳钢一次球化退火加热温度规范冷却速度对GCr15钢球化退火的影响第二节退火工艺方法19第九章退火与正火五．再结晶退火和消除应力退火再结晶退火：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。目的：消除冷作硬化，提高延展性（塑性），改善切削性能及压延成型性能。第二节退火工艺方法20第九章退火与正火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.再结晶晶粒大小第二节退火工艺方法21第九章退火与正火再结晶退火温度：一般钢材再结晶退火温度650~700℃；铜合金600~700℃；铝合金350~400℃。再结晶退火温度：铁450℃；铜270℃；铝100℃。去应力退火：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。去应力退火的温度范围很宽，应根据具体情况而定，去应力退火均应缓慢冷却，以免产生新的应力。第二节退火工艺方法22第九章退火与正火9.3钢的正火正火：加热温度AC3或Accm+（30~50℃），工件透烧，然后空冷.目的及用途：为过共析钢的球化退火提供细片状球光体，消除网状碳化物，以及消除粗大铁素体块，消除魏氏组织。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。保温时间以工件烧透为准。第三节钢的正火23第九章退火与正火应注意的问题：1．低碳钢正火的目的：提高切削性能。2．中碳钢正火应根据钢的成分及工件尺寸来确定冷却方式。3．过共析钢正火：消除网状碳化物，可采用较大冷速，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：过热组织或铸件粗大铸造组织，采用两次正火第一次正火：AC3+150~200℃第二次正火：A3+30~50℃目的是为了细化组织第三节钢的正火24第九章退火与正火9.4退火正火后钢的组织和性能组织：均是珠光体型组织；1、组织区别：亚共析钢，先共析铁素体少，珠光体较多，珠光体片间距较小，珠光体团的尺寸较小；过共析钢来说，与完全退火相比较正火的不仅珠光体的片间距及团直径较小，而且可以抑制先共析网状渗碳体的析出，而完全退火的则有网状渗碳体存在。第四节组织与性能25第九章退火与正火2．性能比较正火与退火比较，对共析钢来说，正火的强度与韧性较高，塑性相仿，退火的其强度、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。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。第四节组织与性能26第九章退火与正火第四节组织与性能27第九章退火与正火选择原则：㈠含碳不大于0.25%的钢,在没有其它热处理工序时,可用正火提高强度,渗碳钢,用正火消除锻造缺陷及提高切削加工性能,含碳小于0.2%的钢应采用高温正火.对这类钢只有形状复杂的大型铸件,才用退火消除铸造应力.第四节组织与性能28第九章退火与正火㈡含C0.25~0.5%的钢,一般采用正火,含碳0.25~0.35%的钢,正火后其硬度接近于最佳切削加工硬度,对含碳量较高的钢,硬度虽稍高(200HB),但由于正火的生产率高,成本低,仍采用正火,只有对Me含量较高的钢才采用完全退火.㈢含C0.50~0.75%的钢一般采用完全退火.原因：含碳量较高的钢，正火后硬度太高,不利于切削加工,而退火后的硬度正好适于切削加工。工序是:退火降低硬度,然后切削加工，最终进行淬火,回火.第四节组织与性能29第九章退火与正火㈣含C0.75~1.0%的钢,有的用来制造弹簧,有的用来制造刀具；做弹簧；用完全退火法使渗碳体球化时应先正火,消除网状渗碳体,并细化珠光体片.㈤含C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.㈥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.第四节组织与性能30第九章退火与正火9.5退火正火的缺陷1、过烧：加热温度过高，晶界氧化，甚至晶界局部熔化造成工件报废，无法修复。第五节缺陷31第九章退火与正火2、黑脆：碳素工具钢或低合金工具钢在退火后，有时发现硬度虽然很低，但脆性却很大，一折即断，断口呈黑色，因此叫黑脆。金相组织特点：部分渗碳体转变成石墨原因A、退火温度过高，保温时间过长，冷却缓慢，珠光体转变按更稳定的铁石墨平衡相图进行。B、含碳量过高，含锰量过低，含有微量的促进石墨化的杂质（如铝等）发现黑脆的工件不能返修。第五节缺陷32第九章退火与正火T12钢退火形成石墨碳第五节缺陷33第九章退火与正火3、粗大魏氏组织组织特点：亚共析钢中先共析铁素体晶界上有粗大渗碳体存在，珠光体片间距较大；过共析钢中先共析渗碳体周围有很能宽铁素体条，而先共析渗碳体网也很宽。产生原因：当亚共析或过共析钢退火时，在Ar1点附近冷却过慢，特别是在略低于Ar1点的温度下长期停留。第五节缺陷34第九章退火与正火形成过程：待先共析相析出后，在后续的珠光体转变中，铁素体或渗碳体自由长大，而形成游离态的铁素体或渗碳体，结果在亚共析钢中出现非共析渗碳体，而在过共析钢中出现游离铁素体，这和正常组织相反，所以称为反常组织。反常组织造成淬火软点。消除办法：重新退火。第五节缺陷35第九章退火与正火4、网状组织产生原因：温度过高，冷速过慢，出现网状铁素体或渗碳体，它们会降低钢的机械性能，特别是网状渗碳体在后继淬火加热时，很难消除，严格控制。第五节缺陷36第九章退火与正火5、球化不均匀：二次渗碳体呈粗大块状分布。形成原因：球化退火前没有消除网状渗碳体，在球化退火时集聚而成。消除办法：正火加一次球化退火。第五节缺陷37第九章退火与正火6、硬度过高中碳钢退火目的之一，降低硬度，有利加工，但如果退火加热温度过高，冷速过快，特别是Me较多时，过冷奥氏体稳定的钢，就会出现索氏体，屈氏体甚至贝氏体，马氏体组织，而此硬度高于规定值。消除办法：重新退火。第五节缺陷38第九章退火与正火习题：1．今有一批ZG45铸钢件，外形复杂，而机械性能要求高，铸后应采用何种热处理?为什么?2．今有—批20CrMnTi钢拖拉机传动齿轮，锻后要进行车内孔、拉花键