第十章_钢的热处理工艺概要

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第一节
一、退火目的及工艺
钢的退火和正火
退火（ annealing ）是将钢加热到临界点 Ac1 以上 或以下温度，保温以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡
状态组织（珠光体类组织）的热处理工艺。
退火的主要目的是均匀钢的化学成分及组织，细化
晶粒，调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的
成形及切削加工性能，并为淬火做好组织准备。
缓慢冷却的热处理工艺称为去应力退火，也称为低温退火。
去应力退火温度低，不改变工件原来的组织。钢的去应力退 火加热温度一般为 500～ 650℃，铸铁件为 500～550℃，焊接 钢件为 500 ～ 600℃。去应力退火保温时间根据钢件的截面尺 寸 和 装 炉 量 而 定 ， 钢 的 保 温 时 间 为 3min/mm ， 铸 铁 为 6min/mm 。去应力退火后应尽量缓慢冷却，以免产生新的应 力。
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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。通常，加热时间以工件有效厚度来计 算。 对于一般碳素钢或低合金钢工件，当装炉量不大时，在 箱式炉中退火的保温时间可按下式计算： = KD（min） 式中，D－工件有效厚度（mm）； K－加热系数，一般K = 1.5～2.0min/mm。 若装炉量过大，则应根据具体情况延长保温时间。
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二、正火目的及工艺
正火（ normalizing ）是将钢加热到 Ac3 （亚共析钢） 或 Accm （过共析钢）以上适当温度，保温以后在空气中 冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。 正火过程的实质是完全奥氏体化加伪共析转变。当钢
中含碳量为0.6%～1.4%时，正火组织中不出现先共析相，
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再结晶退火是把冷变形的金属加热到再结晶温度以上 保持适当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，
同时消除加工硬化和残余内应力的热处理工艺。
经过再结晶退火后，钢的组织和性能恢复到冷变形前
的状态。
一般钢材的再结晶退火温度为 650 ～ 700℃，保温时 间为1～3h，通常在空气中冷却。当钢处于临界冷变形 量（ 6%～ 10%）时，应采用正火或完全退火来代替再 结晶退火，以免得到粗大的晶粒。
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（三）球化退火 球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的一 种热处理工艺。 球化退火是不完全退火的一种，加热温度一般为Ac1 以上 20 ～ 30℃，保温 2 ～ 4h 。通常采用炉冷，或在 Ar1 以下20℃左右进行较长时间等温。球化退火主要用于共
析钢、过共析钢以及合金工具钢。
球化退火的目的是降低硬度，均匀组织，改善切削加
球化退火前的冷加工或热加工可以加速随后的球化
退火过程，因为这种加工可使渗碳体碎化（形成亚晶 界），而多量的亚晶界有利于渗碳体的局部溶解、断 裂和球化。
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（四）均匀化退火
均匀化退火又称为扩散退火，是将钢锭、铸件
或锻坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温，
然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理
工艺。 均匀化退火的目的是消除铸锭或铸件在凝固过 程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均 匀化。
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均 匀 化 退 火 加 热 温 度 通 常 为 Ac3 或 Accm 以 上
150 ～ 300℃，具体加热温度视偏析程度和钢种而
定。时间一般为10～15h。
由于均匀化退火在高温下长时间加热，因此退
第十章 钢的热处理工艺
钢的热处理工艺是指通过加热、保温和冷却的方法改变钢 的组织结构以获得工件所要求性能的一种热加工工艺。
热处理工艺的分类
根据加热、冷却方式及获得组织和性能的不同：
普通热处理（退火、正火、淬火和回火）
表面热处理（表面淬火和化学热处理等） 特殊热处理（形变热处理、磁场热处理等） 根据热处理在零件整个生产工艺过程中位置和作用的不同： 预备热处理 最终热处理
火后晶粒粗大，可用完全退火或正火来细化晶粒， 消除过热缺陷。 一般情况下尽量不采用均匀化退火，只是一些 优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭才使 用这种工艺。
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（五）去应力退火和再结晶退火
为了消除铸件、锻件、焊接件和机械加工工件中的残余内应 力，以提高尺寸稳定性，防止工件变形和开裂，在精加工或淬 火之前将工件加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间，然后
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（二）不完全退火
不完全退火是将钢加热至 Ac1～Ac3（亚共析钢）
或 Ac1 ～ Accm （过共析钢）之间，经保温后缓慢
冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。
亚共析钢的不完全退火起到适当细化组织，消 除内应力和降低硬度的作用。 过共析钢的不完全退火主要是为了获得粒状珠 光体组织，以消除内应力，降低硬度，改善切削加 工性能，又称为球化退火。
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根据加热温度分：
在临界温度以上的退火
在临界温度以下的退火 根据冷却方式分： 等温退火 连续冷却退火
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（一）完全退火ຫໍສະໝຸດ 完全退火是将钢件或钢材加热至Ac3以上20～30℃，
保温足够长时间，使组织完全奥氏体化后缓慢冷却，
以获得近于平衡组织的热处理工艺。
完 全 退 火 主 要 适 用 于 亚 共 析 钢 （ wc=0.3% ～ 0.6%），目的是细化晶粒，均匀组织，消除内应力， 降低硬度和改善钢的切削加工性。 低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。
工性，并为淬火作组织准备。
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碳素工具钢（T7～T10）的几种球化退火工艺
a）一次加热球化退火工艺
b）等温球化退火工艺
c）往复球化退火（周期球化退火）工艺
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球化退火能获得粒状珠光体的原因：在高温时，珠
光体中的渗碳体片和网状渗碳体（特别是其中的最薄 部分），会沿着亚晶界和高位错密度的部位逐渐溶解， 使渗碳体断裂成形状不一的点状，然后这些点状碳化 物为了降低界面能会逐渐球化。
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。
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等温退火是将奥氏体化后的钢较快地冷至稍低于
Ar1温度等温，使奥氏体转变为珠光体，再空冷至室
温。
等温退火可大大缩短退火时间，并达到与完全退
火相同的目的，而且有利于钢件获得均匀的组织和
性能。 等温退火适用于高碳钢、合金工具钢和高合金钢， 不适用于大截面钢件和大批量炉料。