机械制造基础-2.4钢的退火和正火 (1)
钢的正火与退火(经典4把火)22页PPT
逻辑与科学技术逻辑就是事情的因果规律，逻辑学就是关于思维规律的学说。
这是对逻辑和逻辑学比较经典的定义。
我认为对逻辑学的经典定义是不太科学的，是因为这个定义强调了“思维规律”而不是思维原则。
逻辑的重点是原则，即自然规律所决定的原则，也就是说脱离自然规律的思维是没有逻辑的。
但是这个经典的逻辑学定义显然将思维规律放到了主要位置上，为人为编造“逻辑”提供了一道后门。
下面我来简单分析研究一下逻辑的定义问题：逻辑是事物产生和变化的必然的因果关系，具体有对立关系和层次关系。
对立关系就是指是非关系，也就是非此及彼的关系。
如正确与错误、高与低、前与后等等这是一种必然的对立关系；层次关系就是具有数和量上区别的关系。
无论什么逻辑关系在宏观上无法确认时都必须进入微观才能通过测定而有效的下判断，因而逻辑关系的判断往往决定于现时代的科学技术水平。
也就是说逻辑的判断实际上是依赖科学技术的，科学技术的有限性也决定了逻辑判断的有限性。
由于科学技术的有限性造成了微观上的观测不稳定和不确定，不少人就忘记了逻辑的确定性和必然性是基本物质属性决定的而否定了事物产生和变化的必然性，于是就发明了“不稳定性”、“不确定性”原理。
说好听点叫做“发明”，本质上就是人为编造了这些滑稽的“原理”来掩盖自身的观测判断能力。
地球上人类身边的事物没有正确认识的可以说遍地都是，微观世界、宏观世界人类不认识的事物就更多了，如果我们不一步一个脚印按照自然规律决定的原则——逻辑进行研究，必然引入大量的“人造”内容参与，越到后面我们无法解释的自然现象也必然越多，这样的科学研究显然是一种失败。
承认人类自身对自然的观测能力有限是明智的，不想承认这个事实是自以为聪明的弱智。
只有承认自己的科学技术有限才能想方设法发展自己的科学技术深入研究大自然，无论什么层次，自然规律都决定了必然性的逻辑关系，所谓“相对关系”是与人类有限的观测能力——科学技术伴生的。
逻辑的必然性决定了科学技术的发展，科学技术的发展决定了人类的逻辑判断能力，但是科学技术的发展改变不了逻辑的必然性。
第三节 钢的退火与正火
13.对同一种钢，退火后的硬度总比正火后的 硬度高。（ ） 14.正火也可以用作最终热处理。（ ）
15.过共析钢的预先热处理一般都包含有球化 退火工艺。（ ）
16.等温球化退火没有连续冷却球化退火工艺 的球化效果好。（ ）
例2：滚动轴承的生产工艺路线： 下料 → 锻造 → 预先热处理（球化退火）→ 机加工 （车等） → 淬火+低温回火 → 清洗 → 磨削加工 → 成品。
随堂思考题（见习题集上34-37、13-16题）
34.经过冷轧后的15钢钢板，要求低硬度和高 塑性，应该采用的合适热处理方法是（ ） （a）淬火+高温回火 （b）完全退火 （c）高温回火 （d）再结晶退火
（一） 从切削加工性上考虑 低、中碳钢→正火 中高碳钢、合金工具钢→完全退火（0.5～0.75％C）， 球化退火（>0.75％C） 金属最佳切削硬度170～230HBS
（二）从使用性能上考虑 1. 对性能要求不太高的零件，选用正火作为最终热 处理。 2. 为最终热处理提供良好的组织状态。 工具钢→正火+球化退火 结构钢→正火 返修件、尺寸较大及形状复杂零件→退火 （三）从经济成本上考虑 在可能的条件下应尽量选用正火。
高碳钢中的W
中碳钢中的W
高速钢正常淬火组织 与粗大组织
高速钢锻造 带状组织
45钢带状组织
3. 消除过共析钢的网状碳化物。
Fe3CII
高 碳 钢 退 火 组 织
(二) 作为最终热处理的正火工艺 1. 提高普通结构件的力学性能。 2.避免淬火时的变形和开裂(但不能充分发挥 材料的性能潜力)。
三、退火与正火的选用原则
（二） 等温退火
亚共析钢 TH＝Ac3+30~50℃ ； 过共析钢 TH＝Ac1+30~50℃。 保温后快冷到Ar1以下珠光体转变区某一温度等温， 使A→P后空冷。 目的：同完全退火。 特点：与退火相比可大大缩短时间、提高生 产率；组织均匀，退火工件的加工工 艺性能好。
钢的退火和正火
机械制造基础
钢的热处理
1.1 钢的退火
退火的主要目的：
降低或调整硬度,以便于切削加工; 消除或降低残余应力,以防变形、开裂; 细化晶粒、改善组织,提高力学性能
钢的热：
完全退火; 球化退火 去应力退火
钢的热处理
1.1 钢的退火
完全退火
完全退火是把钢加热到完全奥氏体化,保温后随之缓慢冷 却的退火工艺
完全退火常用于含碳量小于0.8%的碳素钢,45钢完全退 火时的加热温度为840～860℃
钢的热处理
1.1 钢的退火
球化退火
对于含碳量大于0.8%的碳素工具钢、合金工具钢、轴承 钢等常采用球化退火
球化退火能使钢中碳化物球状(或颗粒状)化,碳素工具钢 球化退火的加热温度为760～780℃
钢的热处理
1.1 钢的退火
去应力退火
去应力退火不改变钢的内部组织,只是为了消除或降低 内应力
其加热温度较低(一般为500～600℃)
钢的热处理
1.2 钢的正火
将钢材或钢件加热到Ac3(或Accm)以上30～50℃,保温适当的 时间后,在静止的空气中冷却的热处理工艺,称为正火。
正火同退火的比较：
正火的冷却速度比退火冷却速度较快 生产周期比退火短
机械制造基础
钢的热处理
❖ 钢的退火和正火
1.1 钢的退火 1.2 钢的正火
退火和正火经常作为钢的预先热处理工序,安排在铸造、锻 造和焊接之后或粗加工之前,以消除前一工序所造成的某些组织缺 陷及内应力,为随后的切削加工及热处理作好组织上的准备。
钢的热处理
1.1 钢的退火
退火是将钢材(或钢件)加热到适当温度,保温一定时间,随后缓慢 冷却,以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。
钢的四把火及应用
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. 钢的退火钢的退火是把钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组的热处理工艺。
退火的目的在于均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力并为零件最终热处理作好组织准备。
退火的目的在于：①改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。
②软化工件以便进行切削加工。
③细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。
④为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。
常用的退火工艺有：①完全退火。
用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。
将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上30～50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。
②球化退火。
用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。
将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上20～40℃，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。
③等温退火。
用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。
一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低。
④再结晶退火。
用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象（硬度升高、塑性下降）。
加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50～150℃，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。
⑤石墨化退火。
用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。
工艺操作是将铸件加热到950℃左右，保温一定时间后适当冷却，使渗碳体分解形成团絮状石墨。
⑥扩散退火。
用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。
方法是在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。
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。
钢的退火与正火.正式版PPT文档
一、钢的退火 3.球化退火 为使工件中的碳化物球状化而进行的退火。 应用范围：含碳量较高的合金钢。 目的：使钢中碳化物呈球状化，以降低硬度，改 善切削加工性能，为以后的淬火做好准备。 T10刚球化退火.wmv
T8钢球化退火显微组织
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一、钢的退火 4.去应力退火 为去除工件塑性变形加工、切削加工或焊接5
常用的淬火冷却方法 • 1.单液淬火 • 单液淬火是将加热的工件放入一种淬火介
质中快速冷却至室温的操作方法。 • 操作简单，易实现机械化与自动化。 • 适用于形状简单的工件，但容易因冷却速
度太快产生淬火缺陷。
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• 2.双液淬火 • 将加热的碳钢先放在水或盐水中冷却，冷
到300—400℃时迅速移入油中冷却，这种 水淬油冷的方法称为双液淬火法。 • 双液淬火法既可使工件淬硬，又能减少淬 火的内应力，有效地防止产生淬火裂纹， 主要用于形状复杂的高碳工具钢，如丝锥、 板牙等，缺点是操作困难，技术要熟练。
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• 3.分级淬火法 • 分级淬火法是把加热好的工件先投入温度
稍高的盐浴或碱浴中快速冷却停留一段时 间，待其表面与心部达到介质温度后取出 空冷的淬火方法。 • 分级淬火法比双液淬火法进一步减少了应 力和变形，操作较容易。 • 由于盐浴、碱浴的冷却能力小，故分级淬 火法适用于形状较复杂、尺寸较小的工件。
45钢加热温度到820℃。但冷却的方式不同， 退火是采用缓慢冷却，如埋入沙、灰中或 随炉温逐渐冷却，以消内部应力；正火是 将工件暴露在空气中冷却。相比之下，正 火冷却的速度要快，目的是要得到细化的 组织结构，工件的硬度和强度较退火处理 高，一般正火适用于提高低碳钢的硬度。
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正火是将工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。 目的是提高钢的硬度、强度和耐磨性，只能适用于中碳钢或高碳钢工件。 为使工件中的碳化物球状化而进行的退火。 45钢锻件完全退火操作 淬透性是指钢经淬火获得淬硬层深度的能力，淬透性越好，淬硬层越厚。 由于盐浴、碱浴的冷却能力小，故分级淬火法适用于形状较复杂、尺寸较小的工件。 （1）低温回火 150～250度 淬硬性是指钢经过淬火后能达到的最高硬度，主要取决于钢中碳的质量分数，碳的质量分数越高，获得的硬度越高。 正火的应用与退火一样 提高塑形和韧性，以利于冷变形加工； 由于淬火内应力小，因此能有效地防止工件变形和开裂，但等温淬火法的缺点是生产周期较长又需要一定的设备。 一般来说，碳质量分数相同的碳素钢与合金钢的淬硬性没有差别，而合金钢的淬透性高于碳素钢。 应用范围：中碳钢，经渗碳处理的低合金钢及冲压件等 目的：使钢中碳化物呈球状化，以降低硬度，改善切削加工性能，为以后的淬火做好准备。 分级淬火法是把加热好的工件先投入温度稍高的盐浴或碱浴中快速冷却停留一段时间，待其表面与心部达到介质温度后取出空冷的淬 火方法。 由于盐浴、碱浴的冷却能力小，故分级淬火法适用于形状较复杂、尺寸较小的工件。
《钢的退火与正火》课件
钢的正火
1
加热
将钢材加热至适当温度，使晶体结构
保温
2
发生变化。
保持钢材在加热温度下的一段时间，
使晶体结构达到均匀状态。
3
快速冷却
将钢材快速冷却至室温，使晶体
水淬正火
将钢材加热至适当温度后迅速放入水中淬火，获得高硬度和较高强度的钢材。
《钢的退火与正火》
钢的退火与正火是钢材加工与处理的重要工艺，掌握这两种方法对钢材的性 能调节至关重要。
什么是钢的退火和正火
钢的退火是将钢材加热至高温，然后缓慢冷却的过程，旨在消除应力，改善 钢材的韧性和可加工性。钢的正火是将钢材加热至一定温度，然后快速冷却， 以提高钢材的硬度和强度。
钢的退火
1
加热
油淬正火
将钢材加热至适当温度后迅速放入油中淬火，获得中硬度和较高韧性的钢材。
气淬正火
将钢材加热至适当温度后迅速放入气体中冷却，获得较高硬度和较高强度的钢材。
钢的退火和正火的应用
钢的退火
制作软钢、调质钢等，以提高可加工性和韧性。
钢的正火
制作淬火钢、渗氮钢等，以提高硬度和强度。
结束
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将钢材加热至适当温度，使晶体结构发生变化。
2
保温
保持钢材在加热温度下的一段时间，使晶体结构达到均匀状态。
3
缓慢冷却
将钢材缓慢冷却至室温，使晶体结构进一步演变，并消除内部应力。
钢的退火分类
完全退火
将钢材加热至适当温度，然后缓慢冷却至室温。
等温退火
将钢材加热至适当温度，保持一段时间，然后缓慢冷却。
淬火退火
第四节钢的退火与正火
（2）球化退火 1、定义：将钢加热到Ac1以上20~30 ºC,保温后随炉缓冷至600 ºC，出 炉空冷。 2、目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。 3、适用范围：主要用于过共析钢及合金工具钢。 （3）去应力退火 1、定义：将钢加热到500--600 ºC,保温后随炉缓冷至200--300 ºC出炉空 冷。又称低温退火。 2、目的：消除铸件：用于所有的钢。 （4）扩散退火 扩散退火是将工件加热到略低于固相线的温度（亚共析钢通常为 1050℃～1150℃），长时间（一般10～20小时）保温，然后随炉缓慢冷 却到室温。扩散退火的主要目的是均匀钢内部的化学成分。主要适用于 铸造后的高合金钢。
碳钢的淬火温度范围
2．加热时间的确定 加热时间由升温时间和保温时间组成。由零件入炉温度升至淬火温度所 需的时间为升温时间，并以此作为保温时间的开始。保温时间是指零件 烧透及完成奥氏体化过程所需要的时间。加热时间通常根据经验公式估 算或通过实验确定。生产中往往要通过实验确定合理的加热及保温时间， 以保证工件质量。 3．淬火冷却介质的确定 淬火过程是冷却非常快的过程。为了得到马氏体组织，淬火冷却速度必 须大于临界冷却速度Vk。但是，冷却速度快必然产生很大的淬火内应力， 这往往会引起工件变形。 淬火的目的是得到马氏体组织，同时又要避免产生变形和开裂。理想的 淬火冷却曲线如下图所示。
理想淬火冷却曲线示意图
只要在“鼻尖”温度附近快冷，使冷却 曲线躲过“鼻尖”，不碰上C曲线，就 能得到马氏体。也就是说，在“鼻尖” 温度以上，在保证不出现珠光体类型组 织的前提下，可以尽量缓冷；在“鼻尖” 温度附近则必须快冷，以躲开“鼻尖”， 保证不产生非马氏体相变；而在Ms点附 近又可以缓冷，以减轻马氏体转变时的 相变应力。但是到目前为止，还找不到 完全理想的淬火冷却介质。 常用的淬 火冷却介质是水、盐或碱的水溶液和各 种矿物油、植物油。 4．淬火方法 选择适当的淬火方法同选用淬火介质一 样，可以保证在获得所要求的淬火组织 和性能条件下，尽量减小淬火应力，减 少工件变形和开裂倾向。 （1）单液淬火 它是将奥氏体状态的工件放入一种淬火 介质中一直冷却到室温的淬火方法。这 种方法操作简单，容易实现机械化，适 用于形状简单的碳钢和合金钢工件。
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第二章钢的热处理及表面工程技术
2.1 钢的热处理
2.2 表面工程技术
第二章钢的热处理及表面工程技术
第一节钢的热处理
热处理概述
钢在加热和冷却时的组织转变（热处理原理）
钢的退火和正火、淬火和回火（常用热处理工艺）钢的表面热处理和化学热处理
其他热处理技术及热处理常见缺陷
第一节钢的热处理
退火工艺及应用
正火工艺及应用
退火
退火是将钢加热至适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
（预备热处理工艺）
什么是钢的退火？
退火
切削运动
退火种类
完全退火
等温退火
球化退火
去应力退火
均匀化退火
各种退火工艺规范
(a) 加热温度; (b)工艺曲线
完全退火
切削运动
工艺：将亚共析钢加热至Ac3以上30~50℃，经保温后随炉冷却至500℃以下，然后在空气中冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。
目的：通过重结晶使晶粒均匀细化；降低硬度，改善切削加工性；消除残余内应力。
应用：用于亚共析成分的碳钢与合金钢铸件、锻件、热轧型材及焊件等。
工艺：将钢加热至Ac3以上30~50℃，保温后较快地冷却到Ar1以下某一温度等温，使奥氏体在恒温下转变成铁素体和珠光体，然后出
炉空冷的热处理工艺。
目的：与完全退火相同，可大大缩短退火时间。
应用：用于某些奥氏体比较稳定的合金钢铸件、锻件。
等温退火完全退火
时间
温
度
完全退火与等温退火的比较
将过共析钢加热至Ac1以上20~30℃，经较长时间保温后
缓慢冷却，以获得铁素体基体上均匀分布着球粒状渗碳体
组织的热处理工艺。
（不完全退火）
目的：降低硬度，改善切削加工性能；并且优化组织，为
后续淬火做组织上的准备。
应用：用于共析、过共析碳钢和合金工具钢。
T12钢的球化退火组织
工艺：将工件加热至Ac1以下某一温度（500~650℃），保温后缓冷的热处理工艺。
又称低温退火。
特点：未发生组织转变
目的：是消除构件中的残余内应力，以稳定工件尺寸，防止变形和开裂。
应用：用于铸件、锻件、焊接件及冷加工件。
工艺：将工件加热到Ac3以上150~200℃，长时间保温后缓慢冷却的热处理工艺。
又称扩散退火。
目的：消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的晶内偏析，使化学成分和组织均匀化。
特点：均匀化退火后钢的晶粒粗大，一般还要进行完全退火或正火来细化晶粒。
应用：用于钢锭、铸钢件或具有成分偏析的锻件。
正火
切削运动
什么是钢的正火？
正火是将工件加热至Ac3或Ac cm以
上30~50℃，保温后在空气中冷却的热
处理工艺。
（预备热处理工艺）
正火工艺规范
(a) 加热温度; (b)工艺曲线
正火
正火目的
和完全退火相似，都是为了细化组织，调整硬度，改善切削加工性能。
正火应用
对于力学性能要求不高的工件，正火可作为最终热处理；
获得合适的硬度，改善切削加工性能；
减少或消除二次渗碳体呈网状析出，为球化退火和后续淬火做组织准备。
钢的退火和正火
思考题？
1.为什么生产中低、中碳钢常用正火来代替
退火？
2.生产中，正火和退火工艺应如何选择？
本讲小结
1.退火工艺特点、分类及应用
2.正火工艺特点及应用
下讲预告
1.淬火工艺
2.回火工艺。