钢材技术秘籍 之十 - 扩散退火,完全退火,不完全退火,等温退火,球化退火,再结晶退火,去应力退火
钢铁材料的一般热处理,一个表全懂了
钢铁材料的一般热处理名称热处理过程热处理目的1．退火将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却到室温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，均匀钢的组织，改善钢的性能及为以后的热处理作准备③消除钢中的内应力。
防止零件加工后变形及开裂退火类别(1)完全退火将钢件加热到临界温度(不同钢材临界温度也不同，一般是710-750℃，个别合金钢的临界温度可达800—900oC)以上30—50oC，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却(或埋在沙中冷却)细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充分消除内应力完全退火适用于含碳量(质量分数)在O．8％以下的锻件或铸钢件(2)球化退火将钢件加热到临界温度以上20～30oC，经过保温以后，缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷降低钢的硬度，改善切削性能，并为以后淬火作好准备，以减少淬火后变形和开裂,球化退火适用于含碳量(质量分数)大于O．8％的碳素钢和合金工具钢(3)去应力退火将钢件加热到500～650oC，保温一定时间，然后缓慢冷却(一般采用随炉冷却)消除钢件焊接和冷校直时产生的内应力，消除精密零件切削加工时产生的内应力，以防止以后加工和用过程中发生变形去应力退火适用于各种铸件、锻件、焊接件和冷挤压件等2．正火将钢件加热到临界温度以上40～60oC，保温一定时间，然后在空气中冷却①改善组织结构和切削加工性能②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理③消除内应力3．淬火将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油(个别材料在空气中)中急速冷却①使钢件获得较高的硬度和耐磨性②使钢件在回火以后得到某种特殊性能，如较高的强度、弹性和韧性等淬火类别(1)单液淬火将钢件加热到淬火温度，经过保温以后，在一种淬火剂中冷却单液淬火只适用于形状比较简单，技术要求不太高的碳素钢及合金钢件。
淬火时，对于直径或厚度大于5～8mm的碳素钢件，选用盐水或水冷却；合金钢件选用油冷却(2)双液淬火将钢件加热到淬火温度，经过保温以后，先在水中快速冷却至300—400oC，然后移人油中冷却(3)火焰表面淬火用乙炔和氧气混合燃烧的火焰喷射到零件表面，使零件迅速加热到淬火温度，然后立即用水向零件表面喷射, 火焰表面淬火适用于单件或小批生产、表面要求硬而耐磨，并能承受冲击载荷的大型中碳钢和中碳合金钢件，如曲轴、齿轮和导轨等(4)表面感应淬火将钢件放在感应器中，感应器在一定频率的交流电的作用下产生磁场，钢件在磁场作用下产生感应电流，使钢件表面迅速加热(2一lOmin)到淬火温度，这时立即将水喷射到钢件表面。
钢的普通热处理之退火
退火种类
退火种类
第一类退火：扩散退火，再结晶退火，去应力退火
退火的种类
第二类退火：完全退火，不完全退火，等温退火，球化退火
类别
工艺名称
主要目的 用途 加热至Ac3+(150-200)℃,消除成分偏析，和组 铸件及具有成分偏析的锻 扩散退火 长时间保温后冷却 织均匀化 件等
工艺特点
加热至再结晶温度+ 第一类退 再结晶退火 （100—250）℃，保温 消除冷变形，提高塑 性 后缓冷 火 加热至Ac1以下（100— 去应力退火 200）℃，保温后缓冷
偏析？
合金中各组成元素在结晶时， 分布不均匀！
危害
偏析会影响合金的机械性能和抗蚀性，对加工 工艺也有损害，当树枝状偏析非常严重时，将 恶化钢的性能。
偏析的解决方法
经 扩 散 退 火
Fe-Fe3C相图
刚加热和冷却时各临界点的实际位置
退火的温度曲线
• 去应力退火工艺曲线
•Hale Waihona Puke 扩散退火工艺曲线完全退火工艺曲线
钢的普通热处理之—退火
钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它 慢慢冷却的过程。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
2.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。
球化等温退火工艺曲线
等温退火工艺曲线
几种金属退火组织下的显微图
感谢欣赏
加热至Ac3+(30-50)℃,(亚 共析钢)或Ac1+(3050)℃(共析钢或过共析钢)， 保温后等温冷却（稍低于 Aar1等温）组织珠光体型
退火种类及正火特点
退火种类及正火特点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。
残留应力退火处理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。
钢的常用退火工艺的分类及应用
碳合金结构钢，也可用高碳工具钢和低合金工具钢，以及铸铁一般零件淬透层深度为半径的l／10左右时，可得到强度、耐疲劳性和韧性的最好配合。对于小直径(10一20mm)的零件，建议用较深的淬透层深度，即可达半径的l／5；对于截面较大的零件可取较浅的淬透层深度，即小于半径l／10以下
钢的常用退火工艺的分类及应用
类别
主要目的
工艺特点
应用范围
扩散退火
成分均匀化
加热至Ac3十(150—200)℃，长时间保温后缓慢冷却
铸钢件及具有成分偏析的锻轧件等
完全退火
细化组织，降低硬度
加热至Ac3十(30—50)℃，保温后缓慢冷却
铸、焊件及中碳钢和中碳合金钢锻轧件等
不完全退火
细化组织，降低硬度
加热至Acl十(40一60)℃，保温后缓慢冷却
3．特别对于有显著的第一类回火脆性的钢，等温淬火优越性更大
4．受等温槽冷却速度限制，工件尺寸不能过大
5．球墨铸铁件也常用等温淬火以获得高的综合力学性能，一般合金球铁零件等温淬火有效厚度可达100mm或更高
喷雾淬火
工件加热到淬火温度后，将压缩空气通过喷嘴使冷却水雾化后喷到工件上进行冷却
可通过调节水及空气的流量来任
中、高碳钢和低合金钢锻轧件等(组织细化程度低于完全退火)
等温退火
细化组织，降低硬度，防止产生白点
加热至Ac3十(30—50)℃(亚共析钢)或Acl十(20—40)℃(共析钢和过共析钢)，保持一定时问，随炉冷至稍低于Arl进行等温转变，然后空气冷却(简称空冷)
中碳合金钢和某些高合金钢的重型铸锻件及冲压件等(组织与硬度比完全退火更为均匀)
目的是降低内应力和脆性，而保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性。主要用于各种工具、模具、滚动轴承和渗碳或表面淬火的零件等
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。
精选工艺第62章钢的退火与正火
第二章 钢的退火与正火
正火时应考虑如下问题： 1）低碳钢正火的目的之一是为了提高切削性能。但是对有些含碳量低于0.20％的钢，即使按通常正火温度正火后，自由铁素体量仍过多，硬度过低，切削性能仍较差。为了适当提高硬度，应提高加热温度(可比Ac3高100℃)，以增大过冷奥氏体的稳定性，而且应该增大冷却速度，以获得较细的珠光体和分散度较大的铁素体。 2）中碳钢的正火应该根据钢的成分及工件尺寸来确定冷却方式。含碳量较高，含有合金元素，可采用较缓慢冷却速度，如在静止空气中或成堆堆放冷却，反之则采用较快冷却速度。
第二章 钢的退火与正火
例如： 1、低碳结构钢热锻后，如硬度不高，适于切削加工，可不进行正火，而在500℃左右进行去应力退火； 2、中碳结构钢为避免调质时的淬火变形，需在切削加工或最终热处理前进行500-650℃的去应力退火； 3、对切削加工量大，形状复杂而要求严格的刀具、模具等，在粗加工及半精加工之间，淬火之前，常进行600-700℃、2-4小时的去应力退火； 4、各类铸件在机械加工前应进行消除应力处理。铸铁件去应力退火温度不应太高，否则造成珠光体的石墨化。 去应力退火后，均应缓慢冷却，以免产生新的应力。
第二章 钢的退火与正火
3、不完全退火 将钢件加热至Ac1～Ac3（亚共析钢）或Ac1～Acm（过共析钢）之间，经过保温并缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。 这种退火实际上只是使珠光体部分再进行一次重结晶，基本上不改变先共析铁素体或渗碳体原来的形态及分布。 退火后珠光体的片间距有所增大，硬度有所降低，内应力有所降低。 特点：退火温度低，保温时间短。 过共析钢的不完全退火实质上是球化退火的一种。
第二章 钢的退火与正火
2、退火、正火后组织与机械性能的关系 1）铁素体机械性能 铁素体的机械性能取决于碳及合金元素的含量，同时也与晶粒的亚结 构尺度有关。晶粒大小对铁素体性能的影响公式：
钢的热处理工艺
二、回火的分类和应用
根据回火温度和对淬火钢力学性能的要求，一般 将回火分为三类 ：
定义：是将钢加热到略低于固相线的温度，长时间 保温（10~20 h），以消除成分偏析的热处理工 艺。
加热温度；略低于固相线温度。 亚共析钢：T＝Ac3 + (150℃～300℃) 过共析钢：T＝Accm+(150℃～300℃) 目的：为了消除晶内偏析，使成分均匀化 实质：使合金元素的原子充分扩散。 适用于：合金钢铸件和铸锭。 后续处理：保温10～20小时退火后晶粒较粗大，一
热处理分类
普通热处理：退火、正火、 淬火与回火
表面热处理：表面淬火 化学热处理
形变热处理：控制轧制
§10-1 钢的退火与正火
一、钢的退火
钢的退火：将（组织偏离平衡状态的）钢加热到Ac1 以上或以下温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却 （一般为炉冷至550℃后空冷），以获得接近平衡状态 组织的热处理工艺。
4、 淬火冷却介质
理想冷却速度： 1）在Ac1～650℃之
间慢冷，以↓热应力 2）在650℃～400 ℃
之间快冷，以避开“鼻 尖；防发生非M相变 3）在400 ℃以下慢冷 ，以↓组织应力。
图5 理想冷却速度
常用淬火介质介绍
1．自来水（30℃以下）
冷却特性：在650-400 ℃冷却能力较小、在Ms附近点 冷速极快，淬硬能力较强。
淬透性与淬透层 深度关系：
热处理工艺
钢的淬火温度范围
4.淬火冷却介质 常用的冷却介质是水(<30℃)和矿 物油(60-80℃).水冷却能力大,容易造成淬火工件变 形或开裂,用于大截面的碳钢.油在300-200℃范围 冷却能力小,有利于减小淬火件变形.在650-550℃ 范围冷却能力也小,不利于钢的淬硬,用于合金钢和 球铁.为了减少零件淬火时的变形,可用盐浴作介质. 5.常用的淬火方法有单介质淬 火1，双介质淬火2，分级淬火3 和等温淬火4等。
? AC1一般在A1线以上30-50度也就是 727℃+(30~50),
2.消除热加工缺陷
魏氏组织(铸钢) 铸钢的浇注温度很高,而且冷却较慢,所
以1.奥氏体晶粒粗大,2.在冷却过程中,铁 素体首先沿着奥氏体晶界呈网状析出,然 后沿一定方向以片状生长,并呈针状插入 珠光体内,即形成“魏氏组织”. 另外3.偏析严重,4.内应力大,使钢的
球化退火用于过共析钢 (＞0.75%C).球化退火后 的显微组织为在F基体上 分布着细小均匀的球状渗 碳体.
球化退火的加热温度为Ac1+ 20 ℃～30 ℃,保温
2～4小时,保温后炉冷至600 ℃出炉.
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（固相线以下 100 ℃～200 ℃）的温度，长时间保温（10 h～15 h），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。
热处理工艺
一.退火 二.正火(常化处理) 三.淬火 四.淬透性和淬硬性 五.回火 六.钢的化学热处理
一.退火
组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度,保温一 定时间,然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）,以获得 接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火.