等温球化退火工艺曲线
等温球化退火工艺曲线
等温球化退火是一种金属材料加工工艺，可以改善材料的综合性能和机械性能。
设想
有一块金属材料，经过设计和制造后，其物理性质和机械性能并不理想，需要进行后续的
等温球化退火加工处理。
下面就介绍一下等温球化退火工艺曲线的相关知识。
一、等温球化退火的基本概念
等温球化退火是指将材料在高温状态下进行球化处理，使得材料的晶粒尺寸变小，进
而改善材料的综合性能。
在等温球化退火加工时，需要将材料加热至一定温度，保持一段
时间，使材料的晶界韧性、硬度和弹性恢复到最佳状态。
等温球化退火的工艺曲线是指，在一定工艺条件下，材料的温度和时间关系的图形。
一般来说，等温球化退火的工艺曲线可以分为三个阶段。
1、加热阶段
在这个阶段，需要将材料加热到一定温度，并保持一定的时间，让材料内部的晶粒迅
速长大。
这个过程中，需要保持加热速率适度，以避免材料的热冲击。
2、等温阶段
在这个阶段，材料的温度已经达到了设计要求，并保持一定时间。
此时，晶粒长大的
速度会放缓，但会显著增强晶界的力学性能。
因此，在这个阶段需要保持温度和时间的稳
定性。
3、冷却阶段
在这个阶段，需要将材料从等温状态快速冷却下来，并保证冷却速率适度，以避免材
料的热应力。
等温球化退火的加工参数包括温度、时间、冷却速率等。
其中，温度是最关键的参数，直接影响材料晶界的力学性能和机械性能。
时间也是非常重要的参数，如果时间过短，晶
粒尺寸无法得到有效控制。
同时，冷却速率也需要适中，过快的冷却速率会导致材料产生
裂缝和变形。
等温球化退火被广泛应用于金属、合金和钢材等材料加工领域，以改善材料的晶界结
构和综合性能。
球化退火的加工工艺可以提高材料的强度、韧性、塑性、耐蚀性、抗疲劳性、耐磨性等机械性能，应用于制造轴承、弹簧、刀具等各种机械零件。
此外，等温球化
退火也用于制造汽车、航天、船舶、化工、电子等各种工业领域的产品。
热处理专科毕业设计GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析
GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析摘要：本论文重点对GCr15轴承钢球热处理工艺的设计进行了讨论，同时对热处理后其可能存在的热处理工艺缺陷进行了分析。
钢球在不同热处理工艺下虽然都能达到其使用要求，但所需的成本却大不相同，因此在满足其使用要求的同时也应该注意生产成本。
热处理常常因操作、原材料等产生缺陷，但只要有正确的热处理工艺并严格按工艺进行加工热处理缺陷也是可以避免的，即使产生了缺陷也可以采取相应的措施及时修复缺陷。
关键词：GCr15 轴承钢球热处理设计热处理工艺热处理缺陷引言滚动轴承是机械工业十分重要的基础标准件之一;滚动轴承依靠元件间的滚动接触来承受载荷，与滑动轴承相比:滚动轴承具有摩擦阻力小、效率高、起动容易、安装与维护简便等优点。
缺点是耐冲击性能较差、高速重载时寿命低、噪声和振动较大。
图 1 轴承及钢球实物图滚动轴承的基本结构（图 1）：内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。
常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子。
轴承的内、外圈和滚动体，一般是用轴承钢（如GCr15、GCr15SiMn）制造，热处理后硬度应达到61～65HRC。
当滚动体是圆柱或滚针时，有时为了减小轴承的径向尺寸，可省去内圈、外圈或保持架，这时的轴颈或轴承座要起到内圈或外圈的作用。
为满足使用中的某些需要，有些轴承附加有特殊结构或元件，如外圈带止动环、附加防尘盖等。
滚动轴承钢球的工作条件极为复杂，承受着各类高的交变应力。
在每一瞬间，只有位于轴承水平面直径以下的那几个钢球在承受载荷，而且作用在这些钢球的载荷分布也不均匀。
力的变化由零增加到最大，再由最大减小到零，周而往复得增大和减小。
在运转过程中，钢球除受到外加载荷外，还受到由于离心力所引起的载荷，这个载荷随轴承转速的提高而增加。
滚动体与套圈及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦。
滚动体和套圈的工作面还受到含有水分或杂质的润滑油的化学侵蚀。
在某些情况下，轴承零件还承受着高温低温和高腐蚀介质的影响。
球化退火过程中的组织转变
球化退火过程中的组织转变
球化退火是一种热处理技术，其主要目的是将钢中珠光体转变为球状组织，以便改善钢的塑性和切削性。
这个过程中发生的主要组织转变是由珠光体向球状体的转变，通常由三个阶段组成：
1. 奥氏体转变：将钢材加热到适当的温度，使其处于奥氏体状态。
这通常需要一个特定的温度范围，根据不同钢材和应用，通常在725℃至1050℃之间。
2. 等温球化：将钢材置于特定温度下进行处理，以促进球状体的形核和生长。
这个过程的时间通常是根据钢材的种类和规格而定的，从数分钟到数小时不等。
3. 退火：将钢材从等温球化处理的温度冷却到室温，这通常需要数小时到数天的时间，以便使钢材内部的组织转变充分完成。
在整个球化退火过程中，还会发生其他一些组织转变，如高温下的马氏体转变、低温下的马氏体和贝氏体转变等。
然而，球化退火过程中的主要组织转变是由珠光体向球状体的转变，这种转变可以提高钢材的塑性和切削性，从而使其更加适合各种应用。
球化退火
Ac1下20-30长t 保温-空冷,低中c,低 合金结钢冷变形快
球
图9-4 形变球化退火工艺曲线 a)低温形变球化退火 b)高温形变球化退火
Ac1上30-50，缓 冷，轧锻件的锻后 余热，弹簧钢轴承
Ac1
550℃
适于共析及过 共析钢，球化 较充分，周期 长。
缓慢冷却球化退火 t
a
7
② 等温球化
T Ac1+20～30℃
AC3
AC1 Ar1-(20～30℃)
适于过共析钢，合 金工具钢，球化充 分，易控制，周期 短，适于大件。
等温球化退火
t
a
8
③循环球化退火
Ac1+20℃ Ar1- 20℃
：
球化退火主要适用于含C＞0.6%的各种高C工具钢、模 具钢、轴承钢的预备热处理。
当中C及中C合金钢要求硬度极低而韧性极高（如用于 冷冲压坯料）时。
低C钢球化退火后，不适于切削前处理（太软，发 粘），但可以改善冷变形的加工性能
a
2
(1) 低温球化退火
低温球化退火是把钢加热到Ac1以下10～30℃长
体及部分未溶碳化物，然后通过缓慢冷却或低于临界点等温 分解，或在A1点上下循环加热冷却使碳化物球化。高碳钢循 环加热（周期球化退火）—碳化物↑球化均匀↑效率↑。
图9-3 不均匀奥氏体中碳的聚集球化退火 a)缓慢冷却球化退火 b)等温球化退火 c)周期(循环)球化退火 d)感应加热快速球化
退火
a
4
(3) 形变球化退火
钢
a
钢管钢材的球化退火工艺简介
钢管钢材的球化退火工艺简介球化退火又叫Spheroidiz ing annealing，是使钢中碳化物球化而进行的退火，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。
球化退火(Spheroidiz ing annealing):球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。
将钢加热到Ac1以上20~30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却到略低于Ac1的温度，并停留一段时间，使组织转变完成，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。
球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。
这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。
而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。
另外对于一些需要改善冷塑性变形(如冲压、冷镦等)的亚共析钢有时也可采用球化退火。
球化退火加热温度为Ac1+(20~40)℃或Acm-(20~30)℃，保温后等温冷却或直接缓慢冷却。
在球化退火时奥氏化是"不完全"的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少量过剩碳化物溶解。
因此，它不可能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物存在，则在球化退火前须先进行正火，将其消除，才能保证球化退火正常进行。
球化退火工艺方法很多，最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火。
普通球化退火是将钢加热到Ac1以上20~30℃，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。
等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的1.5倍。
等温后随炉冷至500℃左右出炉空冷。
和普通球化退火相比，等温球化退火不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。
第3章 p转变
三、形核、长大
早期：横向形核、长大，交替进行 60年代：纵向长大，然后分岔（片较细） 70年代：两种形式均存在 结论：两种方式均可以 形核位置：通常A晶界；缺陷处；未溶渗碳体 上 生长：
横向：增加新的片层 纵向：F、Fe3C同时向A中连续延伸
§4珠光体转变动力学
一、P转变动力学特点 转变前存在孕育期 温度一定时，转变速度有极大值 具有最小孕育期，此时P转变最 快 合金元素对C曲线有显著影响
作业：P72：5、17、21、23、24
正火欠热/带状
正常工艺 返回
返回
返回
返回
返回
二、 P转变动力学研究（结论）
转变量与时间关系： X=1-exp[（-π/3）×NG3t4]
条件：均匀形核（不优先在晶界处） 产物为球状P团 N、G是常数，不随时间变化 实际：模型有误差
上式修正原因：
形核不均匀（顶角>棱边>界面） N=K t n （K、n常数）；N随时间改变 G对ΔT敏感，随ΔT增加而增加
• 不宜制造重要零件，通常是加工、成形时所需要的 组织 • 共析钢力学性能 主要取决于A化的温度和P 的形成 温度
§3珠光体转变机理
一、概述 1、转变过程：形核、长大。 2、形核： 共析钢：A晶界上 非共析钢：先共析相相界上 3、长大：纵向；横向
二、领先相
早期：A单晶体实验结果P中Fe3C与先共析 Fe3C取向相同，无晶界。 60年代：多单晶体实验结果F也可以作为领先 相。 领先相随相变发生的温度和A的成分不同而异。 过冷度大→F领先；亚共析钢→F领先 △T小时，向非共格一侧生长 △T大时，同时向两侧生长 结论：共析钢F、 Fe3C均可以成为领先相 亚共析钢F为领先相 过共析钢Fe3C为领先相
(工艺技术)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。
热处理工艺
可减少内应力，用于小尺寸工件
盐浴炉
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4. 等温淬火法
将工件在稍高于Ms的盐浴或碱 浴中保温足够长时间，从而获 得下贝氏体组织的淬火方法
经等温淬火零件具有良好的综 合力学性能，淬火应力小
适用于形状复杂及要求较高的 小型件
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第三节 钢的淬透性
❖淬透性是钢的主要热处理性能 ❖是选材和制订热处理工艺的重要依据之一
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在光镜下M回为黑色，A’为白色
0.2%C时，不析出-碳化物，只发生碳在位错附近的 偏聚
2. 残余奥氏体分解
200~300℃时, 由于马 氏体分解，A所受的压 力下降，Ms上升，A’ 分解为-碳化物和过饱 和铁素体，即M回
回火马氏体
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3. -碳化物消失，渗碳体Fe3C析出
回火是指将淬火钢加热到A1 以下的某温度保温后冷却 的工艺
一、回火的目的
螺杆表面的 淬火裂纹
1. 减少或消除淬火内应力， 防止变形或开裂
2. 获得所需要的力学性能：淬火钢一般硬度高，脆性 大，回火可调整硬度、韧性
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3. 稳定尺寸：M和A’都是非平衡组织，有自发向平 衡组织转变的倾向；回火可使M与A’转变为平衡 或接近平衡的组织，防止使用时变形
大于300℃，由于Fe3C粗化， 马氏体转变为铁素体，硬度 直线下降
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三、回火脆性
淬火钢的韧性并不总是随 温度升高而提高
在某些温度范围回火时， 会出现冲击韧性下降的现 象，称回火脆性
H13热处理工艺
退火工艺：H13钢属于过共析钢,采用常规完全退火或等温球化退火(1)H13钢的完全退火工艺为:850~900e@3~4h,保温结束后随炉冷到500e以下出炉空冷;(2)等温球化退火工艺:845~900度×2~4h/炉冷+700~740度×3~4h/炉冷,[40度/h,[500度出炉空冷;(3)对于质量要求较高的H13钢模具,还应进行防止白点退火,工艺周期较长;(4)形状复杂的模具,在粗加工后应进行一次去应力退火:600~650e@2h/炉冷;(5)模具热处理后,若模具型腔采用磨削!电火花和线切割等方法加工成形会在模具的表面上形成一层厚约10~30Lm的淬火马氏体白亮层,也称之为/异常层0"由于白亮层中的内应力较大,淬火马氏体本身又较脆,磨削时容易在表面产生微裂纹和磨削裂纹,因而磨削加工后最好能在低于回火温度50e以下进行去应力退火,以消除磨削应力,并使表面可能形成的淬火马氏体回火韧化。
大型的H13钢锻件经常规球化退火处理碳化物组织极不均匀,存在严重的沿晶碳化物链可通过多次球化退火或奥氏体化快冷(正火)再球化退火来实现淬火工艺：H13钢的淬火回火工艺可以采用盐浴炉!真空炉和流动粒子炉加热,模具表面光洁,热处理变形小,零件寿命长"特别是外热式刚玉流动粒子炉保护加热,吸收了盐浴炉和真空炉加热的共同优点,很适合热作模具钢的热处理加热。
H13钢采用盐浴炉作为加热设备时的通用淬火工艺是:40~500度预热(0.5min/mm),650~840e预热(0.5min/mm) 1020~1050度奥氏体化(0.25~0.45min/mm),保温结束后可视使用性能要求采用空淬，油淬，气淬或分级淬火,分级温度可取500~540度(0.25min/mm)。
对断裂裂韧性，抗热疲劳和抗热磨损要求较高及淬火处理后需要电加工的模具,为了得到最高的红硬性,可采用奥氏体化温度上限对于要求畸变小!晶粒细!冲击韧性高的模具,为了得到最好的韧性和防止开裂,应采用奥氏体化温度下限。
教你区分退火、回火、淬火
教你区分退火、回火、淬火退火annealing将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。
目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。
退火工艺随目的之不同而有多种，如重结晶退火、等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。
退火的一个最主要工艺参数是最高加热温度（退火温度），大多数合金的退火加热温度的选择是以该合金系的相图为基础的,如碳素钢以铁碳平衡图为基础（图1）。
各种钢(包括碳素钢及合金钢)的退火温度，视具体退火目的的不同而在各该钢种的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一温度。
各种非铁合金的退火温度则在各该合金的固相线温度以下、固溶度线温度以上或以下的某一温度。
重结晶退火应用于平衡加热和冷却时有固态相变(重结晶)发生的合金。
其退火温度为各该合金的相变温度区间以上或以内的某一温度。
加热和冷却都是缓慢的。
合金于加热和冷却过程中各发生一次相变重结晶，故称为重结晶退火，常被简称为退火。
这种退火方法，相当普遍地应用于钢。
钢的重结晶退火工艺是:缓慢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（共析钢或过共析钢）以上30～50℃，保持适当时间，然后缓慢冷却下来。
通过加热过程中发生的珠光体（或者还有先共析的铁素体或渗碳体）转变为奥氏体（第一回相变重结晶）以及冷却过程中发生的与此相反的第二回相变重结晶，形成晶粒较细、片层较厚、组织均匀的珠光体(或者还有先共析铁素体或渗碳体)。
退火温度在Ac3以上（亚共析钢）使钢发生完全的重结晶者，称为完全退火，退火温度在Ac1与Ac3之间 (亚共析钢)或Ac1与Acm之间（过共析钢）,使钢发生部分的重结晶者,称为不完全退火。
前者主要用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊件，以消除组织缺陷（如魏氏组织、带状组织等），使组织变细和变均匀，以提高钢件的塑性和韧性。
热处理工艺规范
编号：PKJS0628-2103 文件名称：热处理工艺规程编号：PKJS0628-2103一、热处理工艺规范1.1正火（1）定义：正火是把钢加热到Ac3（亚共析钢）或Acm（过共析钢）以上适当温度，保温后在空气中冷却的热处理方法。
（2）范围：A、作为低碳钢和某些低合金结构铸钢及锻件消除应力、细化组织、改善切削加工性能和淬火前的预备热处理。
B、消除网状碳化物，为球化退火作准备。
C、用于某些碳素钢、低合金钢工件在淬火返修时，消除内应力和细化组织，以防重新淬火时产生开裂和变形。
D、作为普通结构件的最终热处理。
一些受力不大，只需一定的综合力学性能的的结构件，采用正火就能满足其使用性能要求。
（3）工艺：A、加热温度。
亚共析钢的加热温度为Ac3+30～50℃，过共析钢的加热温度为Acm+30～50℃。
B、保温时间。
保温时间与工件有效厚度有关，以工件截面温度均匀为原则（保温时间的计算可参考淬火）。
C、冷却。
正火工件的冷却一般为空冷，大型工件根据截面尺寸的大小，可采用风冷或喷雾冷却，以获得预期的组织和性能。
1.2淬火（1）定义：淬火是把钢加热到Ac3或Ac1以上温度，保温一定时间，然后以适当方式冷却，以获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。
工件经淬火和回火处理后，其组织与淬火前相比发生了很大的变化，力学性能有很大的提高，可以充分地发挥材料的潜力，使工件具有良好的使用性能。
（2）目的：A、提高工件的力学性能，如硬度、强度、耐磨性、弹性极限等。
B、改善某些特殊钢种的物理性能或化学性能，如耐蚀性、磁性、导电性等。
（3）工艺：淬火温度主要取决于钢的化学成分，再结合具体工艺因素综合考虑决定，如工件的尺寸、形状、钢的奥氏体晶粒长大倾向、加热方式及冷却介质等。
1)淬火温度A、亚共析钢淬火温度为Ac3+ 30～50℃。
亚共析钢加热到这一温度范围时，钢中的铁素体完全溶于奥氏体中，成为细晶粒奥氏体，淬火后便得到晶粒细小的马氏体。