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鋼的退火與正火
常用的熱處理工藝分為兩大類： 預(yù)備熱處理目的：消除坯料、半成品中的某些缺陷，為后續(xù)冷加工，最終熱處理作組織準(zhǔn)備。 最終熱處理目的：使工件獲得所要求的性能。 退火與正火的目的:消除鋼材經(jīng)熱加工所引起的某些缺陷,或?yàn)橐院蟮那邢骷庸ぜ白罱K熱處理做好組織準(zhǔn)備。 一、鋼的退火 1、概念：將鋼件加熱到適當(dāng)溫度(Ac1以上或以下)，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝稱為退火。 2、目的：（1）降低硬度，提高塑性， （2）細(xì)化晶粒，消除組織缺陷 （3）消除內(nèi)應(yīng)力 （4）為淬火作好組織準(zhǔn)備 3、類型：(根據(jù)加熱溫度可分為在臨界溫度（Ac1或Ac3）以上或以下的退火，前者又稱相變重結(jié)晶退火，包括完全退火、擴(kuò)散退火均勻化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再結(jié)晶退火及去應(yīng)力退火。) （1）完全退火： 1） 概念：將亞共析鋼（Wc＝0.3％~0.6％）加熱到AC3+（30~50）℃，完全奧氏體化后，保溫緩冷（隨爐、埋入砂、石灰中），以獲得接近平衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝稱為完全退火。 2） 目的：細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、改善切削加工性能。 3） 工藝：完全退火采用隨爐緩冷可以保證先共析鐵素體的析出和過(guò)冷奧氏體在Ar1以下較主溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。工件在退火溫度下的保溫時(shí)間不僅要使工件燒透，即工件心部達(dá)到要求的加熱溫度，而且要保證全部看到均勻化的奧氏體，達(dá)到完全重結(jié)晶。完全退火保溫時(shí)間與鋼材成分、工件厚度、裝爐量和裝爐方式等因素有關(guān)。 實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，為了提高生產(chǎn)率，退火冷卻至600℃左右即可出爐空冷。 4） 適用范圍：中碳鋼和中碳合金鋼的鑄，焊，鍛，軋制件等。 注意事項(xiàng)：低碳鋼和過(guò)共析鋼不宜采用完全退火。低碳鋼完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。過(guò)共析鋼加熱至Accm以上奧氏體狀態(tài)緩冷退火時(shí)，有網(wǎng)狀二次滲碳體析出，使鋼的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性顯著降低。 （2） 球化退火 1） 概念：使鋼中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火工藝稱為球化退火?！?2） 工藝：一般球化退火工藝Ａc1+(1０~2０)℃ 隨 爐 冷 至500~600℃空冷。 3） 目的：降低硬度、改善組織、提高塑性和切削加工性能。 4） 適用范圍：主要用于共析鋼、過(guò)共析鋼的刃具、量具、模具等。 過(guò)共析鋼中有網(wǎng)狀二次滲碳體時(shí)，不僅硬度高，難以進(jìn)行切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產(chǎn)生淬火變形及開(kāi)裂。為此，鋼熱加工后必須加一道球化退火，使網(wǎng)狀二次滲碳體和珠光體中的片狀滲體發(fā)生球化，得到粒狀珠光體。 冷卻速度和等溫溫度也會(huì)影響碳化物獲得球化的效果，冷卻速度快或等溫溫度低，珠光體在較低溫度下形成，碳化物顆粒太細(xì)，聚集作用小，容易形成片狀碳化物，從而使硬度偏高。如果冷卻速度過(guò)慢或等溫溫度過(guò)高，形成碳化物顆粒較粗大，聚集作用也很強(qiáng)烈，易形成粗細(xì)不等的粒狀碳化物，使硬度偏低。 （３）均勻化退火（擴(kuò)散退火） 1）工藝：把合金鋼鑄錠或鑄件加熱到Ac3以上150~00℃，保溫10~15h后緩慢冷卻以消除化學(xué) 成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。 2）目的：消除結(jié)晶過(guò)程中的枝晶偏析，使成分均勻化。由于加熱溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)引起奧氏體晶粒嚴(yán)重粗化，因此一般還需要進(jìn)行一次完全退火或正火，以細(xì)化晶粒、消除過(guò)熱缺陷。 3）適用范圍：主要用于質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件、鍛件。 4）注意：高溫?cái)U(kuò)散退火生產(chǎn)周期長(zhǎng)，消耗能量大，工件氧化、脫碳嚴(yán)重，成本很高。只是一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件及鋼錠才使用這種工藝。對(duì)于一般尺寸不大的鑄件或碳鋼鑄件，因其偏析程度較輕，可采用完全退火來(lái)細(xì)化晶粒，消除鑄造應(yīng)力。 （４） 去應(yīng)力退火 1) 概念：為去除由于塑性變形加工,焊接等而造成的應(yīng)力以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火稱為去應(yīng)力退火。（去應(yīng)力退火不發(fā)生扭變） 2) 工藝：將工件緩慢加熱到Ac1以下100~200℃（500~600℃）保溫一定時(shí)間（1~3h）后隨爐緩冷至200℃，再出爐冷卻。 鋼的一般在500～600℃ 鑄鐵一般在500～550℃超過(guò)550扣容易造成珠光體的石墨化。 焊接件一般為500～600℃。 3）適用范圍：消除鑄、鍛、焊件，冷沖壓件以及機(jī)加工工件中的殘余應(yīng)力，以穩(wěn)定鋼件的尺寸，減少變形，防止開(kāi)裂。
二、鋼的正火 1、概念：將鋼件加熱 到Ac3(或Accm)以上３０～５０℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后；在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝稱為鋼的正火。 2、目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，調(diào)整硬度等。 3、組織：共析鋼S 、亞共析鋼F+S、過(guò)共析鋼Fe3CⅡ＋S ４、工藝：正火保溫時(shí)間和完全退火相同，應(yīng)以工件透燒，即心部達(dá)到要求的加熱溫度為準(zhǔn)，還應(yīng)考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設(shè)備等因素。正火冷卻方式最常用的是將鋼件從加熱爐中取出在空氣中自然冷卻。對(duì)于大件也可采用吹風(fēng)、噴霧和調(diào)節(jié)鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達(dá)到要求的組織和性能。 5、應(yīng)用范圍： 1）改善鋼的切削加工性能。碳的含量低于0.25％的碳素鋼和低合金鋼，退火后硬度較低，切削加工時(shí)易于“粘 刀”，通過(guò)正火處理，可以減少自由鐵素體，獲得細(xì)片狀珠光體，使硬度提高，可以改善鋼的切削加工性，提高刀具的壽命和工件的表面光潔程度。 2）消除熱加工缺陷。中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄、鍛、軋件以及焊接件在加熱加工后易出現(xiàn)粗大晶粒等過(guò)熱缺陷和帶狀組織。通過(guò)正火處理可以消除這些缺陷組織，達(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力的目的。 3）消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火。過(guò)共析鋼在淬火之前要進(jìn)行球化退火，以便于機(jī)械加工并為淬火作好組織準(zhǔn)備。但當(dāng)過(guò)共析鋼中存在嚴(yán)重網(wǎng)狀碳化物時(shí)，將達(dá)不到良好的球化效果。通過(guò)正火處理可以消除網(wǎng)狀碳化物。 4）提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。一些受力不大、性能要求不高的碳鋼和合金鋼零件采用正火處理，達(dá)到一定的綜合力學(xué)性能，可以代替調(diào)質(zhì)處理，作為零件的最終熱處理。 三、退火和正火的選擇 退火與正火的主要區(qū)別： 1、正火的冷卻速度比退火稍快，過(guò)冷度較大 2、正火后所得到的組織比較細(xì)，強(qiáng)度和硬度比退火高一些。 退火與正火的選擇： １、含碳量＜0.25％的低碳鋼，通常采用正火代替退火。因?yàn)檩^快的冷卻速度可以防止低碳鋼沿晶界析出游離三次滲碳體，從而提高沖壓件的冷變形性能；用正火可以提高鋼的硬度，低碳鋼的切削加工性能；在沒(méi)有其它熱處理工序時(shí)，用正火可以細(xì)化晶粒，提高低碳鋼強(qiáng)度。 ２、含碳量在0.25～0.5％之間的中碳鋼也可用正火代替退火，雖然接近上限碳量的中碳鋼正火后硬度偏高，但尚能進(jìn)行切削加工，而且正火成本低、生產(chǎn)率高。 ３、含碳量在0.5～0.75％之間的鋼，因含碳量較高，正火后的硬度顯著高于退火的情況，難以進(jìn)行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性。 ４、含碳量＞0.75％的高碳鋼或工具鋼一般均采用球化退火作為預(yù)備熱處理，如有網(wǎng)狀二次滲碳體存在，則應(yīng)先進(jìn)行正火消除。
二、鋼的正火 1、概念：將鋼件加熱 到Ac3(或Accm)以上３０～５０℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后；在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝稱為鋼的正火。 2、目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，調(diào)整硬度等。 3、組織：共析鋼S 、亞共析鋼F+S、過(guò)共析鋼Fe3CⅡ＋S ４、工藝：正火保溫時(shí)間和完全退火相同，應(yīng)以工件透燒，即心部達(dá)到要求的加熱溫度為準(zhǔn)，還應(yīng)考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設(shè)備等因素。正火冷卻方式最常用的是將鋼件從加熱爐中取出在空氣中自然冷卻。對(duì)于大件也可采用吹風(fēng)、噴霧和調(diào)節(jié)鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達(dá)到要求的組織和性能。 5、應(yīng)用范圍： 1）改善鋼的切削加工性能。碳的含量低于0.25％的碳素鋼和低合金鋼，退火后硬度較低，切削加工時(shí)易于“粘 刀”，通過(guò)正火處理，可以減少自由鐵素體，獲得細(xì)片狀珠光體，使硬度提高，可以改善鋼的切削加工性，提高刀具的壽命和工件的表面光潔程度。 2）消除熱加工缺陷。中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄、鍛、軋件以及焊接件在加熱加工后易出現(xiàn)粗大晶粒等過(guò)熱缺陷和帶狀組織。通過(guò)正火處理可以消除這些缺陷組織，達(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力的目的。 3）消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火。過(guò)共析鋼在淬火之前要進(jìn)行球化退火，以便于機(jī)械加工并為淬火作好組織準(zhǔn)備。但當(dāng)過(guò)共析鋼中存在嚴(yán)重網(wǎng)狀碳化物時(shí)，將達(dá)不到良好的球化效果。通過(guò)正火處理可以消除網(wǎng)狀碳化物。 4）提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。一些受力不大、性能要求不高的碳鋼和合金鋼零件采用正火處理，達(dá)到一定的綜合力學(xué)性能，可以代替調(diào)質(zhì)處理，作為零件的最終熱處理。 三、退火和正火的選擇 退火與正火的主要區(qū)別： 1、正火的冷卻速度比退火稍快，過(guò)冷度較大 2、正火后所得到的組織比較細(xì)，強(qiáng)度和硬度比退火高一些。 退火與正火的選擇： １、含碳量＜0.25％的低碳鋼，通常采用正火代替退火。因?yàn)檩^快的冷卻速度可以防止低碳鋼沿晶界析出游離三次滲碳體，從而提高沖壓件的冷變形性能；用正火可以提高鋼的硬度，低碳鋼的切削加工性能；在沒(méi)有其它熱處理工序時(shí)，用正火可以細(xì)化晶粒，提高低碳鋼強(qiáng)度。 ２、含碳量在0.25～0.5％之間的中碳鋼也可用正火代替退火，雖然接近上限碳量的中碳鋼正火后硬度偏高，但尚能進(jìn)行切削加工，而且正火成本低、生產(chǎn)率高。 ３、含碳量在0.5～0.75％之間的鋼，因含碳量較高，正火后的硬度顯著高于退火的情況，難以進(jìn)行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性。 ４、含碳量＞0.75％的高碳鋼或工具鋼一般均采用球化退火作為預(yù)備熱處理，如有網(wǎng)狀二次滲碳體存在，則應(yīng)先進(jìn)行正火消除。
