退火强化和退火软化
退火过程中易出现的问题
退火过程中易出现的问题
退火过程是一种常用的热处理方法，用于改善材料的力学性能和微观结构。
然而，在退火过程中，可能会遇到以下几个常见问题：
1. 晶粒长大不均匀：退火过程中，晶粒会发生再结晶和长大的过程，但有时晶
粒的长大不均匀，导致材料性能的不稳定性。
这可能是由于材料中的应力不均匀或退火温度过高造成的。
为解决这个问题，可以采取减小应力差异或降低退火温度的措施。
2. 结构过度软化：退火过程中，材料的晶格结构会发生调整，从而使其变得更
加柔软。
然而，如果退火时间过长或退火温度过高，结构可能会过度软化，导致材料强度过低。
要避免这种问题，可以通过控制退火时间和温度来调整结构软化的程度。
3. 晶界腐蚀：退火过程中，晶界区域是材料中最容易受到腐蚀和氧化的部分。
晶界腐蚀会导致晶界区域的性能下降，影响材料的整体性能。
为防止晶界腐蚀，可以采取气氛调节、封闭式退火或在退火过程中添加抗氧化剂等方法。
4. 尺寸变化：退火过程中，材料的尺寸可能会发生变化，尤其是在高温条件下。
这可能会导致工件尺寸不符合要求，给生产造成困扰。
为避免尺寸变化问题，可以在设计工艺时预留适当的收缩量，或在退火过程中采取适当的渐变冷却方法。
退火过程是一项复杂的工艺，需要考虑到多个因素的影响。
通过合理的操作和
控制，可以解决退火过程中出现的问题，确保材料获得良好的力学性能和结构特征。
SUS304加工硬化及退火软化
SUS304不锈钢薄板加工硬化及退火软化SUS304是一种18-8系的奥氏体不锈钢，通常用作冲压垫圈类紧固件。
由于其冲压在各部分材料的形变程度各不相同，大约在15%~40%之间，因此材料的加工硬化程度也有差异。
SUS304不锈钢薄板冷加工以后，微观上滑移面及晶界上将产生大量位错，致使点阵产生畸变。
畸变量越大时，位错密度越高，内应力及点阵畸变越严重，使金属变形抗力和强度、硬度等随变形程度而增加，塑性指标伸长率、断面收缩率降低。
当加工硬化达一定程度时，如继续形变，便有开裂或脆断的危险，成形后其残余应力极易引起工件自爆破裂。
在环境气氛作用下，放置一段时间后，工件会自动产生晶间开裂（通常称为“季裂”）。
故在SUS304不锈钢冲压成形过程中，一般都必须进行工序间的软化退火，即中间退火，以消除残余应力，降低硬度，恢复材料塑性，以便能进行下一道加工。
试验材料及分析试验材料：SUS304，厚度0.7±0.05mm，其化学成分（质量分数：W%）≤0.08%C、≤1.00%Si、≤2.00%Mn、≤0.04%P、≤0.030%S、8.00%~10.50%Ni、18%~20%Cr。
表1 不同预形变量对 SUS304 不锈钢力学性能的影响预形变量/％屈服强度Re/MPa 抗拉强度Rm/MPa 伸长率A/%屈强比Re/Rm硬度HVO.20 270 705 63 38.3 17515 585 855 44 68.5 26520 630 860 40 73.3 28025 760 920 39 82.6 30040 980 1025 22 95.6 335由表1可知，随着预形变量的增加， SUS304 不锈钢的屈服强度和抗拉强度增明显提高，硬度值增加，耐塑性下降，产生了明显的加工硬化现象。
同时，也可以清楚看出，随着预形变量的增加，试样的屈强比也随之增加，这说明试样的可成形性也会随着冷变形量的增加而降低。
退火软化工艺经加工硬化的SUS304不锈钢可采用高温和低温退火两种方式来恢复塑性，降低硬化程度，并消除或减少残余应力，为了不使材料产生敏化，退火时应避开500℃~850℃的敏化温度范围。
热处理基础知识
一、热处理1、正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。
2、退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中冷却)至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。
3、固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。
4、时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。
5、固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型。
6、时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度。
7、淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。
8、回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。
9、钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。
习惯上碳氮共渗又称为氰化，以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗(即气体软氮化)应用较为广泛。
中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。
低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。
10、调质处理(quenching and tempering)：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。
调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织更优。
它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。
11、钎焊：用钎料将两种工件加热融化粘合在一起的热处理工艺。
铝合金热处理基本形式
退火及淬火时效是铝合金的基本热处理形式。
退火是一种软化处理。
其目的是使合金在成分及组织上趋于均匀和稳定,消除加工硬化,恢复合金的塑性。
淬火时效则属强化热处理,目的是提高合金的强度,主要应用于可热处理强化的铝合金。
1退火根据生产需求的不同,铝合金退火分铸锭均匀化退火、坯料退火、中间退火及成品退火几种形式。
一、铸锭均匀化退火铸锭在快速冷凝及非平衡结晶条件,必然存在成分及组织上的不均匀,同时也存在很大的内应力。
为了改变这种状况,提高铸锭的热加工工艺性,一般需进行均匀化退火。
为促使原子扩散,均匀化退火应选择较高的退火温度,但不得超过合金中低熔点共晶熔点,一般均匀化退火温度低于该熔点5~40℃,退火时间多在12~24h之间。
二、坯料退火坯料退火是指压力加工过程中第一次冷变形前的退火。
目的是为了使坯料得到平衡组织和具有最大的塑性变形能力。
例如,铝合金热轧板坯的轧制终了温度为280~330℃,在室温快速冷却后,加工硬化现象不能完全消除。
特别是热处理强化的铝合金,在快冷后,再结晶过程未能结束,过饱和固溶体也未及彻底分解,仍保留一部分加工硬化和淬火效应。
不经退火直接进行冷轧是有困难的,因此需进行坯料退火。
对于非热处理强化的铝合金,如LF3,退火温度为370~470℃,保温1.5~2.5H后空冷,用于冷拉伸管加工的坯料、退火温度应适当高一些,可选上限温度。
对于可热处理强化的铝合金,如LY11及LY12,坯料退火温度为390~450℃,保温1~3H,随后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到270℃以下再出炉空冷。
三、中间退火中间退火是指冷变形工序之间的退火,其目的是为了消除加工硬化,以利于继续冷加工变形。
一般来说,经过坯料退火后的材料,在承受45~85%的冷变形后,如不进行中间退火而继续冷加工将会发生困难。
中间退火的工艺制度基本上与坯料退火相同。
根据对冷变形程度的要求,中间退火可分为完全退火(总变形量ε≈60~70%),简单退火(ε≤50%)和轻微退火(ε≈30~40%)三种。
名词解释热处理中的退火
名词解释热处理中的退火热处理是一种通过对金属材料进行加热和冷却来改变其力学性能的方法。
在热处理的众多方法中，退火是最常用的一种。
退火通过加热金属材料到一定温度，然后缓慢冷却，以消除残余应力、改善可塑性和减少硬度。
在这篇文章中，我们将探讨名词解释热处理中的退火，并深入了解其原理和应用。
一、退火的原理退火主要通过改变金属中的晶格结构来改变其物理和力学性能。
当金属加热到足够高的温度时，金属晶格中的原子将开始发生移动，产生一种称为“自扩散”的现象。
这种移动使金属内部的应力得到释放，并且有助于晶界的聚合。
在退火过程中，金属的晶格结构将会发生重排，形成一种更致密、有序的结构，即晶粒长大和重新结晶。
这可以使金属材料具有更好的塑性和韧性，从而提高其可加工性和使用寿命。
二、退火的分类退火可以根据温度和冷却速率进行分类，常见的退火方法有全退火、过共析退火、正回火和球化退火。
1. 全退火：也称为软化退火，是最常用的退火方法之一。
全退火将金属加热到足够高的温度，使其全部组织均匀地进入高温区域。
然后，通过缓慢冷却，使金属材料达到均匀的结构和力学性能。
2. 过共析退火：适用于具有过共析组织的合金。
过共析退火通过将合金加热到足够高的温度以及保温一段时间，以促进共析相的析出。
然后通过缓慢冷却，使共析相在金属组织中扩散和沉淀，从而使合金材料得到细化晶粒和精细化组织。
3. 正回火：适用于高碳钢和合金钢等材料。
正回火将材料加热到临界温度以上，然后迅速冷却。
此过程会使材料的组织发生变化，降低硬度，提高塑性，并减少脆性。
4. 球化退火：球化退火主要用于冷轧钢丝等线材生产中。
球化退火通过高温加热将冷变形的钢丝塑性和韧性恢复到最佳状态。
这个过程会使钢丝的晶粒细化，松弛应力，并达到球状的形态。
三、退火的应用退火在金属材料的加工和制造过程中有着广泛的应用。
以下是退火在不同领域的一些应用示例：1. 锻造和冲压：金属在加工过程中往往会产生硬化和残余应力。
球化退火与软化退火
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，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，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。
软化退火热处理的热处理程序是将工件加热到600℃至650℃范围内（A1温度下方），维持一段时间之后空冷，其主要目的在於使以加工硬化的工件再度软化、回復原先之韧性，以便能再进一步加工。
此种热处理方法常在冷加工过程反覆实施，故又称之為製程退火。
大部分金属在冷加工后，材料强度、硬度会随著加工量渐增而变大，也因此导致材料延性降低、材质变脆，若需要再进一步加工时，须先经软化退火热处理才能继续加工。
铝材退火状态
铝材退火状态铝材是一种广泛应用于各个领域的金属材料，它具有轻质、高强、良好的导热性及导电性等优秀特性。
同时铝材的退火状态决定了其性能和加工工艺，因此对于铝材而言，退火状态也是非常重要的一个方面。
在下面的篇幅中，我们将围绕铝材退火状态进行探讨。
首先，铝材的退火状态是指在高温下进行处理，通过热处理后使铝材达到一定的软化程度。
铝材的退火有两种状态，即完全退火和部分退火。
完全退火也被称为全退火，是指将铝材加热到一定温度下，持续保温一定时间后冷却下来，让铝材达到一个最佳的软化状态。
这种退火状态下铝材的晶粒将变得非常细小，杂质含量也较低，同时其抗拉强度降低，韧性提高。
在使用过程中，经过完全退火的铝材可以更容易地进行加工和成型。
部分退火也称为半退火，在退火过程中，铝材的温度不必达到完全退火的温度，而是在较低的温度下加热，保温一定时间后冷却，让铝材达到一定的软化程度。
这种情况下铝材的强度不会像完全退火一样显著下降，但其导电性和导热性会有所提高。
铝材在不同的退火状态下会有不同的性质和特点。
在完全退火状态下，铝材晶粒颗粒非常细小，铝材内部的残余应力得到释放，铝材的延展性和韧性也得到显著提高。
此时的铝材非常容易进行加工和成型，受力时铝材的承压能力有所下降，但铝材防腐性能、耐蚀性能得到了提升。
而在部分退火状态下，铝材晶粒并不是特别细小，可以保留一定的强度，具有较高的导电性和导热性，因此在电器电子行业中得到广泛应用。
同时，铝材的退火状态对于铝材的项目质量以及生产工艺也有着关键的影响。
在铝材的工业生产中，不同的退火状态可以通过不同的温度、时间、气氛等条件来实现。
通常对于经过筛选后的优质铝材，在制造前要求进行完全退火处理，以确保铝材的加工性能和工艺品质。
而对于中低品质的铝材，也可以通过半退火等方式来降低生产成本，提高加工效率。
综上所述，铝材的退火状态是非常重要的，它直接决定着铝材的硬度、延展性等性质，同时也对铝材的生产工艺和制品质量有着重要的影响。
退火软化
退火软化1.金属经过冷加工后，晶粒形状及其方位等均发生了变化，其性能也发生了变化，因此在许多情况下都需要对冷加式的金属进行热处理，使金属恢复冷加式前的性能或达到使用的要求。
在电力电缆生产过程中，一般有以下几种情况的热处理：（1）使经过冷加式硬化的金属诉塑性恢复到冷加式这前的水平，以便继续拉制。
即中间退火。
（2）为了使拉线的成品恢复拉线前的电气和机械性能。
即成品退火。
（3）为了得到高强度的线材，对拉制产品(如铝镁硅合金线)进行淬火。
（4）为了得到适当硬度的线材而进行的拉制成品退火。
2.金属退火基本原理金属经冷加式塑性变形后，内部晶粒破碎，晶格畸变，存在残余内应力，因此是不稳定的。
它有向稳定状态发展的自发趋势，但在常温下原子的扩散能力很弱，变化很难进行。
将冷变形的金属进行加热，使原子动能增加，促使其发生变化，使金属恢复冷加工前的性能。
金属退火的过程，可分为以下三个阶段：（1）晶格回复阶段。
当加热温度不高（低于最低再结晶温度）时，原子扩散能力尚低，虽有微扩散，却不会引起组织变化。
但由于原子有了微小的扩散，能使晶格畸变程度大为减轻，从而使内应力大大下降，导电性及耐腐性等均有显著提高。
机械性能变化不大，这个阶段称为回复阶段，也叫去应力退火。
（2）再结晶阶段。
冷变形金属加热到较高温度时，将形成一些晶格方位与变形晶粒不同，内部缺陷较小的等轴（各方向直径大致相同）小晶粒，这些小晶粒不断向周围的变形组织中扩展长大，直到金属的冷变形组织全部消失为止。
这个过程称为金属的再结晶。
冷变形金属经过再结晶，由于冷变形而产生的晶格畸变等缺陷及内应力完全消除，因而强度下降，导电率提高，塑性和韧性增加。
冷加式硬化状态得到彻底改善。
再结晶过程中，金属晶格类型不发生变化，即并未形成新相，故不是相变过程。
（3）再结晶后的晶粒成长阶段。
冷变形金属在刚完成再结晶过程中，一般都能获得细小而均匀的晶粒。
随着加热温度的提高或延长保湿时间，再结晶后的晶粒还要互相并而长大，使晶粒变粗，机械性能变坏这个过程中称为聚集再结晶。
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退火强化
强度和微观结构之间的关系一般可通过细晶强化和位错强化两种机制来描述[23]。
细晶强化则与晶粒大小有关，其本质是大角度晶界对可动位错的阻碍，即所谓的Hall-Petch 关系；位错强化由位错密度决定，而位错主要来自两部分：晶界之间的独立位错以及小角晶界提供的位错[23]
较大的轧制变形量反而出现强度下降的反常现象，主要是由于较大变形量的样品的晶内位错密度以及小角度晶界的比例减少，而晶粒度变化不大所致。
工业纯铝经大变形冷轧至某一程度时（样品B，εVM=3.3），原始的等轴晶经剪切变形破碎，大部分破碎的晶粒最终演化形成典型的层状结构区域，小部分仍处于向层状结构晶粒过渡的状态，形成了高位错密度和小角度晶界为主的近似等轴晶区域。
经进一步轧制变形后（样品D，εVM=4.1），处于过渡状态的近似等轴晶区域消失，演化形成典型的层状结构区域。
使得较大变形量样品整体的位错密度以及能够作为位错强化的小角度晶界的比例下降，从而导致屈服强度的降低。
通常情况下，金属在塑性变形过程中，位错增殖，交互作用从而阻碍位错运动，导致材料强度上升，即所谓的加工硬化。
对传统粗晶材料，塑性变形后进行热处理（退火），退火过程中材料内部的位错将发生回复，位错密度降低，从而导致材料强度降低，即退火致软化现象。
但是近年来人们却在晶粒尺寸处于1μm 以下超细晶甚至晶粒尺寸处于100nm 以下的纳米晶材料中发现了相反的退火致
强化现象，即退火反而导致材料的强度上升
对于纯金属来说，材料的强度主要取决于晶界和位错的共同作用，位错与晶界在金属塑性变形中都有着双重身份。
晶界会阻碍位错滑移，同时也可作为位错阱来吸收位错，位错的滑移引起塑性变形，同时缠结在一起的位错团也会阻碍位错的运动。
随着晶粒的逐步细化，晶界与位错的贡献以及它们所扮演的身份也在逐步变化。
对于传统的退火软化现象，很容易用我们已知的知识来解释。
对于正常的工业纯铝，晶粒在几十到几百微米之间，在退火时，晶粒一定程度的长大，位错被激活运动，位错密度下降。
根据霍尔佩奇关系，晶粒在几十到几百微米之间时，晶粒长大，材料强度下降，位错密度下降是的原本缠结在一起的位错部分消失，即对位错运动的阻碍降低，材料强度下降。
这两者都决定了材料的退火致软化。
有限位错源强化（dislocation source limited strengthening）已被基本认定为退火致强化主要机理[19,41]，其基本思想可以概括为：由于Frank-Read 位错源在亚微米晶和纳米晶内部存在的可能性很小，晶界位错源成为塑性变形所需的主要位错源（source），相应地，晶界也成为位错阱。
退火后，晶粒内部位错密
度降低甚至不包含位错，这就使得材料在发生塑性变形时需要更大的力来启动晶界上的位错源来产生位错，从而导致了退火致强化。
当晶粒大小细化到亚微米级时，由于晶粒越小，在退火过程中晶界对晶内的位错作用力越大，更容易使晶内位错泯灭与晶界处。
所以，在退火时晶界呈现出的是位错阱的作用，是晶内的可动位错迅速消失于晶界，晶内的可动位错密度很低。
这导致的结果是晶内位错源减少，发生滑移的可动位错只能产生于晶界，而启动晶界上的位错源所需的里远大于一般的晶内Frank-Read 位错源，因而产生了强化现象。
退火软化
所谓“加工软化”现象,系指材料在冷如工过程中,其伸长率随冷加工量的增多而增加的现象。
产生“加工软化”现象的主要原因是由于在冷变形过程中,外界很大的一部分能量转化为金属的内能,热能使原子的能量不断提高。
冷变形量越大时,原子的能量越高。
当冷变形量大到一定程度时,原子的能量提高到足以使材料内部由于冷变形过程中所产生的空位发生移动,空位移动的结果使空位数量减少了,材料的伸长率达到或接近于第一个塑性峰值。
根据我厂纯铝材板的大量资料统计表明,纯铝板材存在着“加工软化”现象。