钢的加热、退火与正火
钢的退火和正火
第三章钢的热处理第3节钢的普通热处理第1讲钢的退火和正火热处理是零件制造过程中非常重要的不可缺少的工序金属热处理工艺分为•整体热处理(普通热处理)•表面热处理•化学热处理退火正火淬火回火普通热处理“四把火”典型退火工艺示意图时间温度保温缓冷加热钢的退火缓冷方式: 随炉冷却、坑冷、灰冷缓冷 得到平衡状态的组织将钢件加热到临界温度(A 1、A 3、A cm )以上(有时以下)保温一定时间，然后缓冷(炉冷、坑冷、灰冷)以得到平衡状态的组织的热处理工艺称退火退火的分类完全退火再结晶退火去应力退火球化退火扩散退火不完全退火0.20.40.60.8 1.0 1.2 1.4含碳量/wt.%温度/℃400120011001000900800700600500完全退火1) 工艺：A c3以上30~50℃加热保温后，随炉冷却至500℃以下出炉空冷A 1A 3温度时间保温温时间度Ac 3+30 ～50℃炉冷空冷＜500℃工艺图冷却曲线示意图2)应用对象主要用于亚共析钢和合金钢铸、锻、及热轧型材, 也可以用于焊件3)组织：铁素体(F)＋珠光体(P)4)目的细化晶粒，消除应力和组织缺陷提高力学性能降低硬度，提高塑性利于切削球化退火过冷奥氏体直接分解，是得到粒状（球状）珠光体的方法之一把钢加热到750度，保温一段时间，缓慢冷却至500度下，最后在空气中冷却，叫球化退火缓冷球化退火工艺时间温度保温A c1+20 ～40℃缓冷(3~5 ℃/h)空冷A r1以下，600 ℃~550℃750℃等温球化退火工艺球化退火组织：P球长时间保温，钢中Fe3C 趋于球化球状(粒状)珠光体组织球化退火目的：利于切削减少(后续)淬火变形和开裂调整硬度，硬度更低，韧性更好主要应用对象过共析钢，合金工具钢去应力退火工艺：把钢件(缓慢)加热到A c1以下，一般500～600℃, 随炉冷却至300～200℃出炉又称低温退火或高温回火时间温度保温500 ～600℃ 炉冷空冷300 ～200℃去应力退火工艺去应力退火应用对象：铸件、锻件、焊接件、冷冲压件、冷拔件去应力退火目的消除残余应力，防止零件变形或开裂保证精度钢的正火正火：将钢材或钢件加热到临界点A C3或A CM以上的适当温度(30~50℃)保持一定时间后，在空气中冷却的热处理工艺冷却方式→空冷正火组织→同退火相似，得到组织更细珠光体类组织过共析钢: A cm 以上30~50℃共析钢:A c1以上30~50℃亚共析钢: A c3以上30~50℃E G PS Q γαα+γα+Fe 3C γ+Fe 3C γ正火加热温度范围时间温度A c3 (A cm ) + 30 ～50℃ 空冷A 1温度℃时间正火工艺共析钢正火冷却曲线和C 曲线正火组织共析钢: 索氏体(S)亚共析钢: 铁素体(F)+索氏体(S)过共析钢: 索氏体(S) + Fe3CⅡ正火的目的低碳钢: 调整硬度, 以利切削提高硬度过共析钢: 消除网状Fe3CⅡ, 以利球化抑制或消除过共析钢的网状渗碳体中碳钢制一般零件: 作为最终热处理细化晶粒提高其强度和韧性第三章钢的热处理退火与正火的选择普通结构件，以正火作为最终热处理，以细化晶粒，提高力学性能形状复杂的结构件，采用退火作为最终热处理，以消除应力防止裂纹低碳钢：硬度低，粘刀，正火高碳钢：硬度高，难切削，退火中碳钢：退火、正火均可正火周期短，耗能少，操作简便，尽量以正火代替退火(2) 经济性(3)使用性能(1) 改善切削性能。
回火,退火,淬火,正火的定义及顺序
回火,退火,淬火,正火的定义及顺序下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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钢的退火与正火
钢的退火与正火
根据加热 和冷却方式的 不同，可将热 处理工艺分为 以下三类。
整体热处理
热处理
表面热处理
பைடு நூலகம்
化学热处理
本节主要讲解热处理工艺中退火与正火的相关知识。
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退火 正淬火火 回火 稳定化处理、固溶处理等
表面淬火 物理气相沉积 化学气相沉积 等离子体化学气相沉积
渗碳 渗氮 碳氮共渗 渗金属
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1.2 正火
正火是将钢材或钢件加热到临界温度以上，保温后空冷的 热处理工艺。亚共析钢的正火加热温度为Ac3以上30～50℃；而 过共析钢的正火加热温度则为Accm以上30～50℃。 正火与退火 的主要区别在于，正火的冷却速度较大，得到的组织为片间距 较小的索氏体，且先共析相数量显著减少。因此，钢经正火后 的机械性能比退火后有所提高。
1.1 退火
退火和正火是生产上应用最广泛的预备热处理工艺。其中，退火是将工件加热到一 定温度保温一定时间，然后缓慢冷却下来，获得接近平衡组织的热处理工艺。
1 退火的目的
退火的目的有以下几点。 （1）降低钢件硬度，便于切削加工。 （2）消除残余应力，防止变形和开裂。 （3）消除缺陷，改善组织，细化晶粒，提高钢的机械性能。 （4）消除加工硬化，提高塑性以利于继续冷加工。 （5）改善或消除毛坯在铸、锻、焊时所造成的组织或成分不均匀，以提高其工艺性能 和使用性能。
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等温退火与完全退 火的目的相同，但转变 较易控制，不仅使退火 时间缩短，还可获得更 加均匀的组织。
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2）球化退火
球化退火属于不完全退火，是将钢加热到Ac1以上30～50℃， 较长时间保温，并缓慢冷却，使钢中的碳化物进行球状化的热处 理工艺。
球化退火后的显微组织，铁素体基体上分布着均匀细小 的球状碳化物，称为球状珠光体，如图4-19所示。
合金钢热处理
合金钢热处理
合金钢热处理是指将合金钢加热到一定温度，保持一段时间后再进行冷却的工艺过程。
通过热处理可以改变合金钢的组织和性能，提高其硬度、强度、耐腐蚀性等。
常见的合金钢热处理方法包括退火、正火、淬火、调质等。
1. 退火：将合金钢加热至一定温度，保温一段时间后慢慢冷却。
退火可以消除合金钢内部的应力，改善其可加工性和韧性。
2. 正火：将合金钢加热至适当温度，经过一定时间保温后以空气冷却。
正火可以使合金钢的组织均匀化，提高其硬度和强度。
3. 淬火：将合金钢加热至适当温度，迅速冷却。
淬火可以使合金钢的组织变为马氏体，从而提高硬度和强度。
4. 调质：先进行淬火处理，然后将合金钢重新加热至一定温度保温一段时间，最后进行适当冷却。
调质可以减轻淬火带来的内部应力，提高合金钢的韧性和耐蚀性。
不同的合金钢成分和要求会选择不同的热处理方法，以达到预期目标。
合理的热处理可以提高合金钢的整体性能，延长其使用寿命。
钢筋退火淬火正火
钢筋退火淬火正火
钢筋的热处理包括退火、正火、淬火和回火。
1. 退火：将钢筋加热到一定温度，保温一段时间，然后缓慢冷却到室温。
退火的目的在于降低钢筋的硬度，消除内应力，提高塑性和韧性。
2. 正火：将钢筋加热到临界温度以上30~50℃，保温适当时间后，在静止的空气中冷却。
正火的主要目的是细化组织，改善钢筋的性能，获得接近平衡状态的组织。
正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。
3. 淬火：将钢筋加热到临界点以上，保温一段时间，迅速冷却至室温或让在稍高于Ms点温度等温转变，得到马氏体或者下贝氏体，提高钢件硬度。
4. 回火：将淬火后的钢筋在加热到临界点以下的某一温度，保温一段时间，再以适当的速度冷却到室温。
回火的目的是降低脆性，消除内应力，稳定尺寸。
一般情况下是最后一道工序。
这一过程随着保温温度的不同，马氏体会发生不同的转变。
钢材的正火、回火、退火
退火：把钢加热到临界点Ac1以上或以下的一定温度，保温一段时间，随后在炉中或埋入炉中或导热性较差的介质中，使其缓慢冷却以获得接近平衡状态的稳定的组织。
正火：将钢加热到Ac3或Accm以上30-50℃，适当保温后，从炉中取出在静止的空气中冷却至室温。
回火：将淬火后的钢加热到Ac1线以下的某一温度，在该温度下保温一定时间（2-4小时），然后取出在空气或油中冷却。
淬火：将钢加热到Ac3或Ac1线以上30-50℃，保温一定时间后，在水或油中快速冷却，以获得马氏体组织。
正火对焊材的影响：
例：J507经过正火后抗拉强度会下降（50-70MPa）,因此会造成焊缝的强度降低，因此对于要经过高温正火的焊缝，要考虑是否用强度较高和韧性好的焊材代替。
J507可用J607或J607NI代替。
(3) 各类不銹钢焊接后热处理：
不锈钢之所以不锈，是因为铬元素，以往发现铬含量必须具有12%以上，才能形成密积的表面氧化膜而达到防蚀保护的作用，所以任何不钢钢的热处理必须考虑到对铬之成份有无造成任何变化。
不銹钢内所含之铬元素，经焊接之后，在高温区域(热影响区)往往会扩散析出与碳结合成碳化铬，而造成局部之铬成份减少，无法形成保护膜，而穿孔等腐蚀情形经常在这些热影响区中发生，為补救这种情形业者经常在焊接完后，将物件以热处理，其作用為使其他区域之铬元素扩散到此铬缺少区域，以达到保护作用。
钢的退火与正火
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。
常用钢热处理工艺
常用钢热处理工艺热处理是一种通过改变金属结构来改善其力学性能的方法。
常用钢热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面淬火等。
下面对这几种常用钢热处理工艺进行详细介绍。
1. 退火退火是指将钢加热到一定温度，然后缓慢冷却。
退火工艺分为完全退火和等温退火两种。
完全退火是将钢材加热至超过临界温度，然后慢慢降温。
等温退火是将钢材加热至超过临界温度，然后在等温时间内，使钢材的温度均匀，从而使钢材的组织变得均匀，于是提高了钢材的韧性。
2. 正火正火是将钢加热到一定温度，然后快速冷却。
正火一般分为低温正火，中温正火和高温正火三种。
低温正火使钢材的硬度提高，但是韧性降低。
高温正火使钢材的韧性提高，但是硬度降低。
中温正火平衡了钢材的硬度和韧性。
3. 淬火淬火是指将钢加热到超过临界温度，然后快速冷却。
淬火一般分为油淬、水淬和气淬三种。
油淬适用于要求较低的钢材，水淬适用于要求较高的钢材，气淬适用于要求最高的钢材。
淬火后钢材的硬度很高，但是韧性降低，此时需要回火来消除内部应力，提高钢材的韧性。
4. 回火回火是将淬火后的钢在一定温度下加热一段时间，然后由于自然冷却所形成的工艺。
回火分为低温回火和高温回火两种。
低温回火提高了钢材的韧性，但是硬度降低。
高温回火提高了钢材的韧性，但是硬度降低。
5. 表面淬火表面淬火是一种特殊的热处理工艺，用于提高钢材的表面硬度和耐磨性。
表面淬火和淬火不同的是，只在钢材表面进行加热和快速冷却。
这种技术对钢材表面的耐磨性提高很大，但是对钢材硬度的提高不大。
总之，钢材热处理是提高钢材力学性能的重要方法，常用的钢热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面淬火等。
选择适当的热处理工艺可以使钢材达到最佳的机械性能。
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1
8.1 钢的加热
㈠ 金属加热的物理过程
三种传热方式
传导
对流
加热介质与加热工件 依靠液态或气态
表面接触时，或受热 加热介质的分子
工件表面与心部之间、 相对运动形成的
受热部位与未受热部 热 量 传 输 (600-
分之间发生的热量传 700℃以下)
输
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辐射
层构成： Fe2O3|Fe3O4|基体
由于这种氧化膜结构致密，且与基体结合牢固，可
使钢表面与氧化性气氛隔离，阻止钢表进一步氧化，
此时可以不考虑防止氧化的问题。
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在560℃以上加热时，表面氧化膜结构发生了变化，
此时的氧化膜由三层构成： Fe2O3|Fe3O4|FeO|基体。 其厚度比为1︰10︰100，实际上主要由FeO组成。
FeO是 缺 位 固 溶 体 ， 结 构 疏 松，与基体结合不牢，易剥 落，所以这种氧化膜不起防 护作用，氧很容易穿过氧化 膜向里氧化。
因而钢铁表面一旦生成 FeO，
就会使氧化速度大大增加，
且温度越高，氧化越厉害。
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加热介质中，O2、CO2和H2O等都会使钢氧化。
在800～950℃下较长时间加热时，在介质中的O2和 CO2除了进行表面氧化之外，还沿着奥氏体晶界向里 扩散，从而发生钢的内氧化。
例1：
淬火加热要求
奥氏体的 碳浓度要 适当；
合金浓度 尽可能高
成分 尽可 能均 匀
晶粒 尽可 能细 小
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不允许 表面氧 化、脱 碳或增 碳
要严防 变形， 不允许 开裂
碳浓度和 合金浓度 要低
成分不能太均匀， 要保留大量的未 溶的碳化物质点， 并弥散分布在奥 氏体中
薄件的加热时间：主要靠经验数据，即用经验公
式估算，这些数据在生产实践中已经被证明
是可靠的。但又不是绝对的，需要依据具体
情况进行调整。具体加热时间数据在讲到具
体工艺时再做详细介绍。
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㈤ 钢铁在加热时的缺陷及防止 常见的加热缺陷
氧
脱
欠
化
碳
热
过
过
热
烧
对这些缺陷的检验和评级，可参见相关的国家标准 和部颁标准。
后果是：塑性、韧性、强度降低； 变形加大； 还可能导致热处理裂纹、使工件报废。
亚共析钢 淬火
过共析钢 淬火
正火
球化 退火
欠热
组织 中残 存部 分F
碳浓度不够导 不能完全 致硬度不足， 消除网状 合金浓度不够 组织或带 导致淬硬层不 状组织 深
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组织中 会残存 粗大的 片状P
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工艺不合理
造成欠热的原因
操作不当
测温仪表指示偏高
⑷ 过热
钢的过热指的是加热温度比正常温度偏高，导致钢 的奥氏体晶粒较正常的要大，即晶粒变粗。
热
可控 气氛 加热
高温短 时快速
加热
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清除工 件表面 的水渍 和锈斑
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⑵ 脱碳
钢在脱碳性气氛中加热时，其表面层中的固溶碳 与气氛中的O2、CO2、H2O和H2等发生化学反应， 生成气体逸出钢外，导致脱碳：
脱碳最严重时，可使表面变成铁素体，淬火后硬
度降低，疲劳强度下降。
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表面脱碳后，内层的碳便向表面扩散，这样就使 脱碳层逐渐加深。加热时间越长，脱碳层越深。
通过加热体在 高温下产生的 电磁波来传递 能量的现象 (＞700℃，无 需介质)
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㈡ 加热方式与加热介质 金属加热
直接加热
间接加热
热源
热源 介质
电阻
电磁波 真 固 液气
低能粒子
空 体 体体
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真空加热
加
抑
表
脱
蒸
热
制
面
气
发
缓
氧
净
作
现
慢
化
化
用
象
截面温差小，应力、变形小；
充入惰性气体强制循环；预热升温
当钢中含有Cr、Si、Ti、Al等合金元素时，它们与氧
的结合能力远远大于铁，因此优先被氧化，沿奥氏体
晶界生成氧化物，使晶界附近合金浓度降低，奥氏体
稳定性变小，淬火时便会沿晶界形成屈氏体。
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降低表 面光洁
度
氧化对性能的影响
烧损加大， 零件尺寸变
小
出现淬 火软点
氧化的防止办法
盐
真
浴
空
加
加
热
实际生产中，还要考虑加热方式、热处理类型、钢 的具体成分等因素的影响，对加热温度作必要调整.
加热的基本工艺参数 加
加热
加热
热
温度
速度
时
间
一般不限制加热速度;
对合金含量高、大型 铸、锻件有特别规定.
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加热的基本工艺参数 加
加热
加热
热
温度
速度
时
间
τ＝ τ升 ＋τ透 ＋τ保
工件加热到要求 温度(实为零件 表面温度)所需 要的时间
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㈢ 加热目的与要求 热处理的第一道工序一般都是把钢加热到临界点 以上，目的是为了得到奥氏体组织。
奥氏体的碳浓 度和合金浓度
奥氏体的 晶粒度
奥氏体成分 的均匀性
加热的质量指标
第二相的数量、 大小和分布
表面氧化、脱碳
或增碳的程度
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变形开裂 的程度
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不同钢种、不同工件、不同的热处理工艺，对上述 指标的要求是不同的。
晶粒不 粗大
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㈣ 确定热处理加热规范的一般原则
加热的基本工艺参数
加热 温度
加
加热
热
速度
时
间
正火：亚共析 AC3＋30～50℃
过共析 ACcm＋30～50℃
退火：亚共析 AC3＋20～40℃
过共析 AC1＋20～30℃
淬火：亚共析 AC3＋30～50℃
过共析
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AC1＋30～50℃
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脱碳实质上也是氧化过程，当炉温在700～850℃ 下存在大量脱碳气氛时容易发生。因此，防氧化 的措施同样适用于防止脱碳。
组织结构
全脱碳层：全部α晶粒
半脱碳层：表面C%＜平均C%
对性能的影响
机械性能下降（强度、硬度、耐磨性）
脱碳层具有残余拉应力，易出现淬火裂纹
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⑶ 欠热
由于加热温度过低或加热时间过短，造成奥氏体化 不完全的缺陷，称为欠热，也叫加热不足。
造成这些缺陷的原因是多方面的，可能是设备、工 艺、或操作不当等原因。
因此，在实际生产中应具体问题具体分析，以找出
切实可行的解决办法。 整理ppt
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⑴ 氧化
在氧化性气氛（如空气、O2、CO2、H2O等）中 加热时，铁原子和合金原子会被氧化。
氧化
表面氧化 内氧化
影响工件尺寸 影响工件性能
研究表明，钢在560℃以下加热时，表面氧化膜由两
工件表面与心 部都达到要求 温度所需时间
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取决于热处理的 工艺要求，如消 除内应力、均匀 化、溶解难溶碳 化物等等
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工件有厚件和薄件之分：
薄件：T炉＜400℃，d＜ 300mm
T炉＜800℃，d＜ 200mm
厚件的加热时间T：炉＜可1用00传0℃热，学d＜、有效元分析等进 行估算； 100mm