工艺第62章钢的退火与正火

第二章 钢的退火与正火
2、完全退火
定义：将钢件加热到Ac3以上，使之完全奥氏体化，然后缓慢冷却，获得接近平 衡组织的热处理工艺。 目的：细化晶粒、均匀组织，降低硬度、改善切削性能以及消除内应力。 工艺：完全退火采用随炉缓冷以保证先共析铁素体的析出和过冷奥氏体在Ar1以 下不大过冷度情况下转变为珠光体。工件在退火温度下的保温时间不仅要使工 件烧透，达到完全重结晶。完全退火保温时间与钢材成分、工件厚度、装炉量 和装炉方式等因素有关。 实际生产时，为了提高生产率，退火冷却至 600℃左 右即可出炉空冷。
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加热温度：通常选择在Ac3以上20～30℃。 保温时间： t＝（3～4）＋（0.2～0.5）Q 亚共析锻、轧材
t＝KD （min） 碳素钢或低合金钢，装炉量小 适用范围：中碳钢和中碳合金钢的铸，焊，锻，轧制件等。 注意事项：低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。低碳钢完全退火后硬度偏低， 不利于切削加工。过共析钢加热至Accm以上奥氏体状态缓冷退火时，有网状二 次渗碳体析出，使钢的强度、塑性和冲击韧性显著降低。
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常用的热处理工艺分为两大类： 预备热处理目的：消除坯料、半成品中的某些缺陷，为后续冷加
工，最终热处理作组织准备。 最终热处理目的：使工件获得所要求的性能。
一、钢的退火的定义、目的和分类
1、定义： 将钢件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却以获得 近于平衡状态组织的热处理工艺称为退火。
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3、不完全退火
将钢件加热至Ac1～Ac3（亚共析钢）或Ac1～Acm（过共析钢）之间，经过保 温并缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。
这种退火实际上只是使珠光体部分再进行一次重结晶，基本上不改变先共析 铁素体或渗碳体原来的形态及分布。
退火后珠光体的片间距有所增大，硬度有所降低，内应力有所降低。 特点：退火温度低，保温时间短。 过共析钢的不完全退火实质上是球化退火的一种。
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偏析的主要表现： （1）化学成分的不均匀性； （2）非金属夹杂物的不均匀性分布； （3）偏析区还形成大量显微及宏观的气泡，气孔。
偏析的危害： 由于偏析存在，使大量铸、锻件成分及组织不均匀，存在很大组织应力，它
直接影响到钢的热处理及其机械性能。
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扩散退火工艺：
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影响碳化物球化的因素： 1）化学成分的影响：碳含量越高，越易于球化。 2）原始组织的影响：渗碳体、碳化物等 3）加热温度与保温时间的影响：加热温度越高，延长保温时间，奥 氏体越容易出现片状珠光体而且不容易球化； 4）冷却速度的影响：冷却速度过快，珠光体碳化物颗粒细小，聚集 作用小，易形成片状碳化物。Ar1以下较高温度等温或炉冷。 5）形变的影响：层状珠光体经过塑性变形可以加速球化过程。
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注意：高温扩散退火生产周期长，消耗能量大，工件氧化、脱碳严重，成 本很高；同时，会引起奥氏体晶粒严重粗化，因此一般还需要进行一次完全退 火或正火，以细化晶粒、消除过热缺陷。
只有一些优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭才使用这种工艺。对 于一般尺寸不大的铸件或碳钢铸件，因其偏析程度较轻，可采用完全退火来细 化晶粒，消除铸造应力。
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2、退火的目的 （1）均匀化学成分； （2）改善机械性能及工艺性能； （3）消除或减少内应力； （4）为最终热处理作好组织准备。
3、退火工艺的分类 按加热温度分为两类： 一类是在临界温度（Ac1或Ac3 ）以上的退火，包括完全退火、不完全退火、
扩散退火和球化退火等； 另一类是在临界温度以下的退火，包括软化退火、再结晶退火及去应力退
火等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ二章 钢的退火与正火
各种退火工艺示意图
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二、常用退火工艺方法
1、扩散退火
定义：扩散退火又称均匀化退火。将金属铸锭或锻坯，在稍低于固相线的温度 下长期加热，消除或减少化学成分偏析及显维组织的不均匀性，以达到均匀化 目的的热处理工艺。 目的：消除结晶过程中的枝晶偏析，使成分均匀化。 适用范围：主要用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件、锻件。
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4、球化退火 概念：使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺称为球化退火。 工艺：一般球化退火工艺Ac1+(10～20)℃，随炉冷至500～600℃空冷。 目的：降低硬度、改善组织、提高塑性和切削加工性能。 适用范围：主要适用于含碳>0.6%的各种高碳工具钢、模具钢、轴承钢等。
为改善冷变形工艺性，有时也用于低、中碳钢。
加热温度：通常选择在Ac3或Acm以上150～300℃，视钢种和偏析程度而异。 温度过高影响加热炉寿命，并使钢件烧损严重。碳钢一般为1100～1200℃，合 金钢一般为1200～1300℃。
保温时间： t＝8.5＋Q/4 式中，t为时间（h）；Q为装炉量（T） 一般时间不超过15h，否则氧化严重。
冷却速度：一般为50℃/h；高合金钢≤20～30℃/h。
冷塑性变形量而有所变化。 为产生再结晶所需的最小变形量称为临界变形量，钢的临界变形量为6-10 ％。再结晶温度随变形量增加而降低，到一定值时不再变化。 纯金属的再结晶温度：铁为450℃，铜为270℃，铝为100℃。一般钢材再结 晶退火温度常取650-700℃，铜合金为600-700℃，铝合金为350-400℃。
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钢中碳化物的球化可以提高塑性、韧性、改善切削加工性和减少最终热处理 时的变形开裂倾向。
球化退火后的硬度取决于钢中碳化物的析出分数及分布、形态，含碳量高的 钢，碳化物数量多，退火后硬度也相应提高。碳化物粒子未溶，并聚集球化， 得到粒状珠光体；加热温度过高，形成均匀的奥氏体，缓慢冷却得到片状珠光 体。
第二章 钢的退火与正火
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常见的球化退火工艺:
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5、再结晶退火
定义：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，以消除 形变强化和残余应力的热处理工艺。
目的：消除加工硬化，提高塑性，改善切削性能和压延成型性能。 加热温度：再结晶退火在高于再结晶温度进行。再结晶温度随着合金成分及