20碳钢的最佳退火工艺
退火工艺
退火设备及退火工艺介绍（一）什么是退火？退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。
总之退火组织是接近平衡状态的组织。
? 退火的目的①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。
②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。
③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。
? 退火工艺的种类①均匀化退火（扩散退火)均匀化退火是为了减少金属铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组织的不均匀性，将其加热到高温，长时间保持，然后进行缓慢冷却，以化学成分和组织均匀化为目的的退火工艺。
均匀化退火的加热温度一般为Ac3+（150～200℃），即1050～1150℃，保温时间一般为10～15h，以保证扩散充分进行，大道消除或减少成分或组织不均匀的目的。
由于扩散退火的加热温度高，时间长，晶粒粗大，为此，扩散退火后再进行完全退火或正火，使组织重新细化。
②完全退火完全退火又称为重结晶退火，是将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺。
完全退火主要用于亚共析钢，一般是中碳钢及低、中碳合金结构钢锻件、铸件及热轧型材，有时也用于它们的焊接构件。
完全退火不适用于过共析钢，因为过共析钢完全退火需加热到Acm以上，在缓慢冷却时，渗碳体会沿奥氏体晶界析出，呈网状分布，导致材料脆性增大，给最终热处理留下隐患。
完全退火的加热温度碳钢一般为Ac3+（30～50℃）；合金钢为Ac3+（500～70℃）；保温时间则要依据钢材的种类、工件的尺寸、装炉量、所选用的设备型号等多种因素确定。
为了保证过冷奥氏体完全进行珠光体转变，完全退火的冷却必须是缓慢的，随炉冷却到500℃左右出炉空冷。
③不完全退火不完全退火是将铁碳合金加热到Ac1～Ac3之间温度，达到不完全奥氏体化，随之缓慢冷却的退火工艺。
退火工艺
退火工艺退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。
总之退火组织是接近平衡状态的组织。
•退火的目的①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。
②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。
③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。
•退火工艺的种类①均匀化退火（扩散退火）均匀化退火是为了减少金属铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组织的不均匀性，将其加热到高温，长时间保持，然后进行缓慢冷却，以化学成分和组织均匀化为目的的退火工艺。
均匀化退火的加热温度一般为Ac3+（150～200℃），即1050～1150℃，保温时间一般为10～15h，以保证扩散充分进行，大道消除或减少成分或组织不均匀的目的。
由于扩散退火的加热温度高，时间长，晶粒粗大，为此，扩散退火后再进行完全退火或正火，使组织重新细化。
②完全退火完全退火又称为重结晶退火，是将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺。
完全退火主要用于亚共析钢，一般是中碳钢及低、中碳合金结构钢锻件、铸件及热轧型材，有时也用于它们的焊接构件。
完全退火不适用于过共析钢，因为过共析钢完全退火需加热到Acm以上，在缓慢冷却时，渗碳体会沿奥氏体晶界析出，呈网状分布，导致材料脆性增大，给最终热处理留下隐患。
完全退火的加热温度碳钢一般为Ac3+（30～50℃）；合金钢为Ac3+（500～70℃）；保温时间则要依据钢材的种类、工件的尺寸、装炉量、所选用的设备型号等多种因素确定。
为了保证过冷奥氏体完全进行珠光体转变，完全退火的冷却必须是缓慢的，随炉冷却到500℃左右出炉空冷。
③不完全退火不完全退火是将铁碳合金加热到Ac1～Ac3之间温度，达到不完全奥氏体化，随之缓慢冷却的退火工艺。
不完全退火主要适用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件等，其目的是细化组织和降低硬度，加热温度为Ac1+(40～60)℃，保温后缓慢冷却。
20CrMnTi钢制造汽车曲轴正时齿轮热处理工艺设计
攀枝花学院学生课程设计（论文）题目20CrMnTi钢制造汽车曲轴正时齿轮热处理工艺设计学生姓名：学号：所在院(系)：材料工程学院专业：材料成型及控制工程班级：指导教师：职称：讲师2013年12月18日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书课程设计（论文）指导教师成绩评定表摘要本课设计了20CrMnTi钢制造汽车曲轴正时齿轮热处理工艺设计。
主要的工艺过程包括锻造、预备热处理（完全退火）、渗碳、淬火+低温回火等过程。
通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。
20CrMnTi钢其塑性、低温冲击韧性高，但强度、硬度较低，锻造、焊接和冷冲压性能良好，冷变形塑性高，但切削加工变形小。
用于制造受力不大、韧性要求高的零件和渗碳件，紧固件和冲模锻件以及不经热处理的低负荷零件。
汽车曲轴齿轮是汽车中重要的传动部件。
其将汽车发动机和汽车主轴联结起来，将动力和扭矩由电机传递到主轴，从而使主轴转动汽车轮。
其主要作用是通过变速装置调节主轴转速和扭矩，从而使发动机运行在最佳的状态[1]。
关键词：汽车曲轴正时齿轮、20CrMnTi钢、预备热处理、完全退火、低温回火+淬火。
目录摘要 (Ⅰ)1、设计任务 (1)1.1设计任务 (1)1.2设计的技术要求 (1)2、热处理零件图 (2)3、设计方案 (2)3.1 汽车曲轴正时齿轮设计的分析 (2)3.1.1工作条件 (2)3.1.2失效形式 (2)3.1.3性能要求 (2)3.2钢种材料 (3)4、设计说明 (4)4.1加工工艺流程 (4)4.2具体热处理工艺 (4)4.2.1预备热处理工艺 (5)4.2.2渗碳工艺 (5)4.2.3淬火+低温回火热处理工艺 (6)4.2.4渗氮工艺 (6)5、分析与讨论 (8)6、结束语 (9)7、热处理工艺卡片 (10)8、汽车曲轴正时齿轮的热处理缺陷及预防或补救措施 (10)参考文献 (19)1 设计任务1.1设计任务20CrMnTi制造汽车曲轴正时齿轮热处理工艺设计1.2设计的技术要求20CrMnTi钢是一种低碳钢材料，它的延展性、可塑性都是比较好的，由于它的含碳量低(在0.17-0.23%之间)所以，硬度比较低。
9-退火介绍
九、退火介绍（1）钢的退火与正火1、退火：退火和正火是生产中应用很广泛的预备热处理工艺，主要用于改善材料的切削加工性能。
对于一些受力不大、性能要求不高的机器零件，也可以做为最终热处理。
等温退火将奥氏体化后的钢快冷至珠光体形成温度等温保温，使过冷奥氏体转变为珠光体，空冷至室温。
球化退火 将过共析碳钢加热到Ac1以上20～30℃，保温2～4h，使片状渗碳体发生不完全溶解断开成细小的链状或点状，弥散分布在奥氏体基体上，在随后的缓冷过程中，或以原有的细小的渗碳体质点为核心，或在奥氏体中富碳区域产生新的核心，形成均匀的颗粒状渗碳体均匀化退火（扩散退火） 将工件加热到1100℃左右，保温10～15h，随炉缓冷到350℃，再出炉空冷。
工件经均匀化退火后，奥氏体晶粒十分粗大，必须进行一次完全退火或正火来细化晶粒，消除过热缺陷.去应力退火 将工件随炉缓慢加热到500～650℃，保温，随炉缓慢冷却至200℃出炉空冷。
主要用于消除加工应力。
再结晶退火 将材料加热至再结晶温度以上，保温后缓慢冷却的工艺方法。
完全退火用于亚共析碳钢和合金钢的铸、锻件；等温退火用于奥氏体比较稳定的合金钢；球化退火用于共析钢、过共析钢和合金工具钢；均匀化退火用于高质量要求的优质高合金钢的铸锭和成分偏析严重的合金钢铸件；去应力退火用于铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机加工件；再结晶退火主要用于去除加工硬化。
2、正火：将亚共析碳钢加热到Ac3以上30～50℃，过共析碳钢加热到Accm以上30～50℃，保温，空气中冷却的方法称为正火。
适用于碳素钢及中、低合金钢，因为高合金钢的奥氏体非常稳定，即使在空气中冷却也会获得马氏体组织。
对于低碳钢、低碳低合金钢，细化晶粒，提高硬度（140～190HBS），改善切削加工性能；对于过共析钢，消除二次网状渗碳体，有利于球化退火的进行。
（2）残留应力退火一般机械製品於加工面总是免不了会有残留应力的存在，若製品未经适当应力退火处理，在不当的暴露於热源〈例如阳光、热引擎等〉下，会產生变形的现象，另外由残餘应力经常识高度集中在某一局部区域，例如表面，焊接区等，因此会局部降低製品的机械强度。
20.9.20钢的普通热处理
钢的普通热处理20.9.201、退火：将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）的热处理工艺叫做退火。
（1）完全退火：完全退火又称重结晶退火，是把钢加热至Ac3以上20～30℃，保温一定时间后，缓慢冷却（随炉冷却或埋入石灰和砂中冷却），以获得接近平衡组织的热处理工艺。
主要用于亚共析钢，处理后得到的组织是F+P。
完全退火的目的：①通过重结晶，使热加工造成的粗大、不均匀的组织均匀化和细化，以提高性能；②或使中碳以上的碳钢和合金钢得到接近平衡状态的组织，以降低硬度，改善切削加工性能；③由于冷却速度缓慢，还可以消除内应力。
过共析钢不宜采用完全退火，因为加热到Accm以上慢冷时，二次渗碳体会以网状形式沿奥氏体晶界析出，使钢的韧性大大下降，并可能在以后的热处理中引起裂纹。
（2）等温退火：等温退火是将钢件或毛坯加热到高于Ac3（或Ac1）的温度，保温后，较快地冷却到珠光体转变区的某一温度，并等温保持，奥氏体等温转变，然后缓慢冷却的热处理工艺。
等温退火的目的与完全退火相同，但转变较易控制，能获得均匀的组织。
对于奥氏体较稳定的合金钢，可缩短退火时间。
（3）球化退火：球化退火是使钢中碳化物球状化的热处理工艺。
球化退火主要用于过共析钢、共析钢，如工具钢、滚珠轴承钢等。
球化退火的目的：目的是使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化（退火前需先进行正火使网状二次渗碳体破碎），以降低硬度，改善切削加工性能，并为以后的淬火作组织准备。
球化退火一般采用随炉加热，加热温度略高于Ac1，以便保留较多的未溶碳化物粒子和较大的奥氏体碳浓度分布的不均匀性，促进球状碳化物的形成。
（若加热温度过高，二次渗碳体易在慢冷时以网状的形式析出。
）球化退火需要较长的保温时间来保证二次渗碳体的自发球化。
保温后随炉冷却，在通过Ar1温度范围时，应足够缓慢，以使奥氏体进行共析转变时，以未溶渗碳体粒子为核心形成粒状渗碳体。
（4）扩散退火：为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线的温度，长时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均匀化退火。
钢热处理工艺的四把火-退火、正火、淬火、回火
7.不仅用在表面淬火还可用在穿透加热与化学热处理等。
? 感应加热的基本原理
将工件放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，在感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中相应地产生了感应电动势，在工件表面形成感应电流，即涡流。这种涡流在工件的电阻的作用下，电能转化为热能，使工件表面温度达到淬火加热温度，可实现表面淬火。
?钢热处理工艺的四把火
退火：将钢加热到一定温度后炉冷处理
正火：将钢加热到一定温度后空冷处理
淬火：将钢加热到一定温度后水冷或油冷处理
回火：将淬火过的钢重新加热到一个温度冷却
1.钢的退火
退火是生产中常用的预备热处理工艺。大部分机器零件及工、模具的毛坯经退火后，可消除铸、锻及焊件的内应力与成分的组织不均匀性；能改善和调整钢的力学性能，为下道工序作好组织准备。对性能要求不高、不太重要的零件及一些普通铸件、焊件，退火可作为最终热处理。
焊接件要求焊缝强度的零件用正火来改善焊缝组织，保证焊缝强度。
在热处理过程中返修零件必须正火处理，要求力学性能指标的结构零件必须正火后进行调质才能满足力学性能要求。中、高合金钢和大型锻件正火后必须加高温回火来消除正火时产生的内应力。
有些合金钢在锻造时产生部分马氏体转变，形成硬组织。为了消除这种不良组织采取正火时，比正常正火温度高20℃左右加热保温进行正火。
钢的退火和正火
T10钢球化退火组织 ( 化染 )
500 ×
（3）等温退火
T Ac3 Ac1 Ar1 t 等温完全退火 等温球化退火
优点：周期短，组织更均 匀，是完全退火和球 化退火工艺的改进。
炉子要求比较高，最好采用分段控温的连 续加热炉，小批量生产时可采用两台炉子 （加热炉和保温炉）进行操作。
（4）扩散退火
工艺参数的选择必须能造成氢在钢中的 溶解度小而扩散速度比较大的条件。
§7-2 正火的目的、用途和工艺
1 定义：钢加热到Ac3或Acm以上的A区域，保持 一定时间后在空气中冷却，以获得接近平 衡态组织的工艺。 与退火相比：
加热温度较高； 冷却速率较快； 获得组织较细（索氏体）
T Acm 或Ac3＋30~50ºC Acm 或Ac3 Ac1
——强硬度与塑韧性较高； 生产效率较高
温度选择：Ac3+30~50℃ 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。
碳钢正火与退火后的硬度 （HB）
状态 退火 正火 结构钢 软的 ～125 ～140 中等的 硬的 ～160 ～185 ～190 ～230
Acm 或Ac3 Ac1+20-30ºC Ac1
粒(球)状 珠光体 层片状珠光体 刀具
片状与球状珠光体组织切削性能比较
T12钢完全退火与球化退火后组织与性能比较
状态 完全退火 球化退火
σb(Mpa) 810 620
δ(%) 15 20
ψ(%) 30 40
HB 230 160
T12钢球化退火与完全退火的性能比较： 球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，碳化 物对基体的分割更均匀、彻底，更利切削加工
退火的种类及工艺
退火的种类及工艺退火的种类 1.完全退火和等温退火完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。
一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。
2.球化退火球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢(如制造刃具，量具，模具所用的钢种)。
其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。
3.去应力退火去应力退火又称低温退火(或高温回火)，这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。
如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。
退火与正火 1.钢的退火将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。
钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。
退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。
所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。
2.钢的正火正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。
它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。
完全退火处理完全退火处理係将亚共析钢加热至Ac3温度以上30~50℃、过共析钢加热至Ac1温度以上50℃左右的温度范围，在该温度保持足够时间，使成為沃斯田体单相组织(亚共析钢)或沃斯田体加上雪明碳体混合组织后，在进行炉冷使钢材软化，以得到钢材最佳之延展性及微细晶粒组织。
铸铁之弛力退火处理几乎所有的铸件在冷却过程中都会產生热应力，在热处理过程中，特别正常化处理和退火处理之后均会成内应力，内应力发生的主要原因在於铸件的内部肉厚不同，在急速冷却过程中由於热降的差异发生，肉厚不同会使每一个不分的收缩各异，因而引起了所谓内应力，冷的部分具有较高的潜变长度，而热的部分其长度较低，故热的部分就会在冷的部分收缩后形成热点造成部份的变形，变形部分之强度，随著变形度的增加而提高，最后再不能进一步变形时，铸件内部形成某种程的弹性应力，甚至塑性应变，即為内应力，此应力几乎可高达与抗拉强度等值，一且由於任何外在的原因使局部应力超过抗拉强度的时候，此类铸件很容易因而造成破裂，热处理是消除内应力最重要的一种方法，主要程序是升高温度，令所有铸建在非常均匀而缓慢的情况下，加热及冷却。
钢的正火与退火
钢的退火与正火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。
退火与正火的目的:消除钢材经热加工所引起的某些缺陷,或为以后的切削加工及最终热处理做好组织准备。
一、钢的退火1、概念：将钢件加热到适当温度(Ac1以上或以下)，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。
2、目的：（1）降低硬度，提高塑性，（2）细化晶粒，消除组织缺陷（3）消除内应力（4）为淬火作好组织准备3、类型：(根据加热温度可分为在临界温度（Ac1或Ac3）以上或以下的退火，前者又称相变重结晶退火，包括完全退火、扩散退火均匀化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再结晶退火及去应力退火。
) （1）完全退火：1）概念：将亚共析钢（Wc＝0.3％~0.6％）加热到AC3+（30~50）℃，完全奥氏体化后，保温缓冷（随炉、埋入砂、石灰中），以获得接近平衡状态的组织的热处理工艺称为完全退火。
2）目的：细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度、改善切削加工性能。
3）工艺：完全退火采用随炉缓冷可以保证先共析铁素体的析出和过冷奥氏体在Ar1以下较主温度范围内转变为珠光体。
工件在退火温度下的保温时间不仅要使工件烧透，即工件心部达到要求的加热温度，而且要保证全部看到均匀化的奥氏体，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。
4）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。
（2）球化退火1）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。
20CrMnTi的工艺路线分析
20CrMnTi的工艺路线分析20CrMnTi的工艺路线：下料→锻造→正火→机械粗加工→渗碳→淬火+低温回火→机械精加工20CrMnTi（J9：30-42HRC)主要性能特点：为中淬透性低碳钢，具有良好的综合力学性能，低温冲击韧度较高，晶粒长大倾向小，冷热加工性能均较好。
该钢由于Cr、Mn、Ti多元复合合金化的作用，淬透性好油淬临界直径约40mm;渗碳淬火后，具有较高的耐磨性和高的强韧度，特别是低温冲击吸收能量比较高；钢的渗碳工艺性能好，晶粒长大倾向小，可直接淬火，变形也比较小。
其中锰，铬主要作用是提高渗碳钢的淬透性，以使较大尺寸的零件在淬火时芯部能获得大量的板条马氏体组织。
另外还可以改善渗碳层参数。
钛可以组织奥氏体晶粒在高温渗碳时的长大，能细化晶粒。
20CrMnTi钢一般可制造<300mm的高速、中载、受冲击和磨损的重要零件，如汽车、拖拉机变速箱齿轮，离合器轴和车辆上的伞齿轮及主动轴等，其他钢种如20Mn2TiB、20CrMnMo等和20CrMnTi 钢相近，有些方面优于20CrMnTi钢。
一下料下料是指确定制作某个设备或产品所需的材料形状、数量或质量后，从整个或整批材料中取下一定形状、数量或质量的材料的操作过程。
下料一般包括号料和划线等，号料就是根据板在钢材上画出构件的实样，并打上各种加工记号，为钢材的切割下料作准备。
划线是利用加工制作图、样杆、样板及钢卷尺进行划线。
划线的要领有两条：1.划线作业场地要在不直接收日光及外界气温影响的室内，最好是开阔、明亮的场所。
2.用划针划线比用墨尺及划线用绳的精度高，划针可用砂轮磨尖，粗细度可达0.3mm左右。
二锻造锻造是在锻压设备及工(模)具的作用下，使坯料或铸锭产生塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。
锻造方法有自由锻和模锻。
自由锻是利用冲击力或压力使加热好的金属在上、下抵铁之间产生变形。
它适用于单件和小批量生产；特别适于重型、大型锻件生产。