第8章 鋼退火與正火

1、時間時間溫度溫度臨界溫度臨界溫度 熱熱 加加保溫保溫冷冷 卻卻第二篇第二篇 熱處理工藝熱處理工藝熱處理熱處理是將鋼在是將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，并在定的溫度，并在該溫度下保持一該溫度下保持一段時間，然后以段時間，然后以一定的速度冷卻一定的速度冷卻下來的一種工藝。下來的一種工藝。第八章第八章 鋼的退火與正火鋼的退火與正火 第九章第九章 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火 第十章第十章 鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理退火：將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫一定時間，緩慢冷卻退火：將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫一定時間，緩慢冷卻(一般為隨爐冷卻一般為隨爐冷卻)，獲得接近平衡狀態(tài)的熱處理工藝。，獲得接近

2、平衡狀態(tài)的熱處理工藝。退火的目的：退火的目的：消除鋼錠成分偏析，使成分均勻化；消除鋼錠成分偏析，使成分均勻化；消除鑄、鍛件中的魏氏組織或帶狀組織，細(xì)化晶粒，均勻消除鑄、鍛件中的魏氏組織或帶狀組織，細(xì)化晶粒，均勻組織；組織；降低硬度，改善組織，便于切削加工；降低硬度，改善組織，便于切削加工；改善高碳鋼中碳化物的形態(tài)和分布，為淬火做好組織準(zhǔn)備。改善高碳鋼中碳化物的形態(tài)和分布，為淬火做好組織準(zhǔn)備。 根據(jù)加熱溫度分為：根據(jù)加熱溫度分為：臨界溫度臨界溫度(Ac1或或Ac3)以上退火：完全退火、不完全退火、以上退火：完全退火、不完全退火、球化退火、均勻化退火等。球化退火、均勻化退火等。臨界溫度以下退火：去

3、應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火等。臨界溫度以下退火：去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火等。 第一節(jié)第一節(jié) 鋼的退火鋼的退火第八章第八章 鋼的退火與正火鋼的退火與正火完全退火：完全退火：亞共析鋼加熱至亞共析鋼加熱至Ac3以上以上3050，保，保溫、緩冷，獲得接近平衡狀態(tài)的熱處理工藝。溫、緩冷，獲得接近平衡狀態(tài)的熱處理工藝。組織：組織：F+P目的：目的：降低硬度、改善組織和切削加工性能以及降低硬度、改善組織和切削加工性能以及消除內(nèi)應(yīng)力等。消除內(nèi)應(yīng)力等。溫度：溫度： Ac3以上以上3050保溫時間：保溫時間：工件透燒，心部達(dá)到加熱溫度，全部工件透燒，心部達(dá)到加熱溫度，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，達(dá)到完全重結(jié)晶。轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，達(dá)到完

4、全重結(jié)晶。與鋼材成分、工件厚度、加熱方式、裝爐量和裝與鋼材成分、工件厚度、加熱方式、裝爐量和裝爐方式等有關(guān)。爐方式等有關(guān)。一、完全退火一、完全退火碳鋼或低合金鋼工件，裝爐量不大，在箱式爐中碳鋼或低合金鋼工件，裝爐量不大，在箱式爐中退火的保溫時間：退火的保溫時間： =K Deff(min)， Deff：工件有效厚度：工件有效厚度(mm)，K：加熱系數(shù)，：加熱系數(shù)， 一般一般1.52.0 min/mm。裝爐量大，適當(dāng)延長保溫時間。裝爐量大，適當(dāng)延長保溫時間。對于亞共析鋼鍛、軋材：對于亞共析鋼鍛、軋材： =(34)+(0.20.5)Q(h) Q：裝爐量：裝爐量(t)。 冷卻：冷卻：隨爐緩冷，一般隨爐

5、緩冷，一般30/h。為提高效率，。為提高效率，爐冷至爐冷至600左右出爐空冷。左右出爐空冷。 完全退火時間很長，尤其是過冷完全退火時間很長，尤其是過冷A穩(wěn)定的合金鋼穩(wěn)定的合金鋼更是如此。更是如此。 等溫退火：等溫退火：A化后較快冷卻至化后較快冷卻至A1以下某溫度，以下某溫度，等溫轉(zhuǎn)變?yōu)榈葴剞D(zhuǎn)變?yōu)镻，再空冷至室溫，則可大大縮短冷卻時，再空冷至室溫，則可大大縮短冷卻時間。間。等溫退火適用于高碳鋼、合金工具鋼和高合金等溫退火適用于高碳鋼、合金工具鋼和高合金鋼，不但達(dá)到連續(xù)冷卻退火目的，而且可使組織和鋼，不但達(dá)到連續(xù)冷卻退火目的，而且可使組織和性能更加均勻。性能更加均勻。等溫溫度應(yīng)根據(jù)組織與性能要求確

6、定。等溫轉(zhuǎn)等溫溫度應(yīng)根據(jù)組織與性能要求確定。等溫轉(zhuǎn)變溫度離變溫度離A1愈近，所得愈近，所得P愈粗，硬度愈低。愈粗，硬度愈低。在滿足組織、性能要求的前提下，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)變在滿足組織、性能要求的前提下，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)變最快的溫度等溫以縮短等溫時間。最快的溫度等溫以縮短等溫時間。 定義：定義：亞共析鋼亞共析鋼Ac1-Ac3、過共析鋼、過共析鋼Ac1-Accm間兩相區(qū)間兩相區(qū)加熱，保溫足夠時間后，緩慢冷卻的熱處理工藝。加熱，保溫足夠時間后，緩慢冷卻的熱處理工藝?！安煌耆煌耆睂?shí)質(zhì)兩相區(qū)加熱時只有部分組織進(jìn)行了相實(shí)質(zhì)兩相區(qū)加熱時只有部分組織進(jìn)行了相變重結(jié)晶。變重結(jié)晶。目的：目的：消除熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使鋼件

7、軟化，或消除熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使鋼件軟化，或改善工具鋼的可加工性。改善工具鋼的可加工性。兩相區(qū)加熱僅部分相變重結(jié)晶，先共析兩相區(qū)加熱僅部分相變重結(jié)晶，先共析F、滲碳體形、滲碳體形態(tài)和分布基本保留。態(tài)和分布基本保留。二、不完全退火二、不完全退火組織：組織：在鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體，稱球狀珠在鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體，稱球狀珠光體。光體。三、球化退火三、球化退火球化退火：球化退火：它是不完全退火的一種特例，目的是將共析它是不完全退火的一種特例，目的是將共析及過共析鋼中的片狀碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙钐蓟?，使之均勻的分及過共析鋼中的片狀碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙钐蓟?，使之均勻的分布在鐵素體的基體上

8、。布在鐵素體的基體上。球化退火的優(yōu)點(diǎn)：球化退火的優(yōu)點(diǎn)：硬度降低，鋼的切削加工性得到改善；硬度降低，鋼的切削加工性得到改善；塑性、韌性好，冷成形加工性能得到改善。塑性、韌性好，冷成形加工性能得到改善。獲得球狀碳化物的途徑主要有三種：獲得球狀碳化物的途徑主要有三種：片狀片狀P球化；球化；M在低于在低于A1溫度分解，即調(diào)質(zhì)處理；溫度分解，即調(diào)質(zhì)處理；1.由由A轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙罱M織。轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙罱M織。通常所說的球化退火主要指由通常所說的球化退火主要指由A轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙罱M織的退轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙罱M織的退火，又分為三種工藝：火，又分為三種工藝：普通球化退火普通球化退火等溫球化退火等溫球化退火周期球化退火周期球化退火球化機(jī)理：

9、球化機(jī)理： 將過共析鋼偽片狀將過共析鋼偽片狀P加熱到略高于加熱到略高于Ac1溫度短時溫度短時間保溫，得到間保溫，得到A+未溶滲碳體。延長保溫時間，未溶滲碳體。延長保溫時間，這些未溶滲碳體將趨向于球化。這些未溶滲碳體將趨向于球化。這些這些球狀碳化球狀碳化物質(zhì)點(diǎn)及物質(zhì)點(diǎn)及A中含碳較高的部位中含碳較高的部位在緩慢冷卻過程在緩慢冷卻過程成為碳化物核心，長大成球狀碳化物，最終得成為碳化物核心，長大成球狀碳化物，最終得到在到在F基體上均勻分布球狀碳化物?；w上均勻分布球狀碳化物。加熱溫度加熱溫度是球化退火成功與否的關(guān)鍵：是球化退火成功與否的關(guān)鍵： 加熱溫度較低加熱溫度較低，A中殘留未溶碳化物，且碳濃度不均

10、，中殘留未溶碳化物，且碳濃度不均，緩冷時在高碳區(qū)可自發(fā)形成碳化物核，長大成球狀碳化物，緩冷時在高碳區(qū)可自發(fā)形成碳化物核，長大成球狀碳化物，或未溶碳化物直接長大，從而形成球狀珠光體。或未溶碳化物直接長大，從而形成球狀珠光體。A化溫度較高，化溫度較高，碳化物溶解完全，碳化物溶解完全，A成分均勻，冷卻成分均勻，冷卻時時A晶界形成碳化物核，向晶內(nèi)長成片狀晶界形成碳化物核，向晶內(nèi)長成片狀P。Ac1以上以上2030，不能高于，不能高于Ac1太多。太多。冷卻快慢影響球化效果：冷卻快慢影響球化效果：太快，碳化物太細(xì)，且有形太快，碳化物太細(xì)，且有形成片狀的可能，硬度偏高；過慢，碳化物粗大。成片狀的可能，硬度偏高

11、；過慢，碳化物粗大。T8鋼退火溫度對球化組織的影響 1000(a) 750 (b) 790 (c) 875 (d) 950均勻化退火：均勻化退火：為改善或消除冶金過程中形成的成分不均為改善或消除冶金過程中形成的成分不均勻性而實(shí)行的退火，勻性而實(shí)行的退火，又稱擴(kuò)散退火。又稱擴(kuò)散退火。擴(kuò)散退火工藝：擴(kuò)散退火工藝：常用的均勻化退火溫度為常用的均勻化退火溫度為1100-1200，保溫較長時間約保溫較長時間約10-15小時，然后緩冷。小時，然后緩冷。高溫長時間高溫長時間均勻化退火后均勻化退火后，奧氏體晶粒十分粗大，如不，奧氏體晶粒十分粗大，如不進(jìn)行鍛、軋等熱加工，則進(jìn)行鍛、軋等熱加工，則必須再進(jìn)行一次完

12、全退火或正火以必須再進(jìn)行一次完全退火或正火以細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒。擴(kuò)散退火主要用于合金鋼，尤其是高合金鋼的鋼錠及鑄擴(kuò)散退火主要用于合金鋼，尤其是高合金鋼的鋼錠及鑄件。件。四、均勻化退火四、均勻化退火去應(yīng)力退火：去應(yīng)力退火：為消除鑄造、焊接、熱軋、熱鍛等過程引為消除鑄造、焊接、熱軋、熱鍛等過程引起的內(nèi)應(yīng)力而進(jìn)行的退火，又稱低溫退火。起的內(nèi)應(yīng)力而進(jìn)行的退火，又稱低溫退火。去應(yīng)力退火工藝：去應(yīng)力退火工藝：將鋼件隨爐緩慢加熱（將鋼件隨爐緩慢加熱（100-150/小小時），到時），到500-600（A1），經(jīng)過一段時間保溫后，隨爐緩），經(jīng)過一段時間保溫后，隨爐緩慢冷卻（冷速慢冷卻（冷速50-100/小時）到

13、小時）到300-200以下出爐。以下出爐。五、去應(yīng)力退火及再結(jié)晶退火五、去應(yīng)力退火及再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火：再結(jié)晶退火：是將冷加工硬化鋼加熱至再結(jié)晶溫度以上、是將冷加工硬化鋼加熱至再結(jié)晶溫度以上、Ac1以下進(jìn)行的退火。變形晶?；謴?fù)成均勻等軸晶粒而消除以下進(jìn)行的退火。變形晶粒恢復(fù)成均勻等軸晶粒而消除加工硬化。加工硬化。再結(jié)晶溫度：再結(jié)晶溫度：與化學(xué)成分和變形度等有關(guān)。與化學(xué)成分和變形度等有關(guān)。純鐵的再結(jié)晶溫度為純鐵的再結(jié)晶溫度為450，純銅為，純銅為270，純鋁為，純鋁為100。變形量大，再結(jié)晶溫度低。變形量大，再結(jié)晶溫度低。一般鋼材再結(jié)晶退火溫度一般鋼材再結(jié)晶退火溫度650700，保溫，保溫13

14、h，然后，然后在空氣中冷卻。在空氣中冷卻。不同的金屬都有一個臨界變形度，在這個變形度下，再不同的金屬都有一個臨界變形度，在這個變形度下，再結(jié)晶時晶粒將異常長大。鋼的臨界變形度為結(jié)晶時晶粒將異常長大。鋼的臨界變形度為610%。 再結(jié)晶退火既可作為鋼材或其它合金多道次冷變形之再結(jié)晶退火既可作為鋼材或其它合金多道次冷變形之間的中間退火，也可作為冷變形鋼材或其它合金成品的最終間的中間退火，也可作為冷變形鋼材或其它合金成品的最終熱處理。熱處理。正火：正火：將鋼加熱到將鋼加熱到Ac3或或Accm以上以上3050，保，保溫一定時間，出爐空冷的熱處理工藝。溫一定時間，出爐空冷的熱處理工藝。與完全退火相比，加熱

15、溫度及保溫時間相同，與完全退火相比，加熱溫度及保溫時間相同，冷速較快，轉(zhuǎn)變溫度較低，發(fā)生偽共析轉(zhuǎn)變。冷速較快，轉(zhuǎn)變溫度較低，發(fā)生偽共析轉(zhuǎn)變。當(dāng)鋼中當(dāng)鋼中WC為為0.61.4%時，正火組織中不出現(xiàn)時，正火組織中不出現(xiàn)先共析相，全部是偽共析珠光體。因此，正火后獲先共析相，全部是偽共析珠光體。因此，正火后獲得的組織比相同鋼材退火的要細(xì)，強(qiáng)度、硬度也較得的組織比相同鋼材退火的要細(xì)，強(qiáng)度、硬度也較高。高。第二節(jié)第二節(jié) 鋼的正火鋼的正火鋼種和截面尺寸的不同，正火可達(dá)到不同鋼種和截面尺寸的不同，正火可達(dá)到不同目的：目的：(1)大型鑄、鍛件和鋼材大型鑄、鍛件和鋼材：細(xì)化晶粒、消除魏氏組織或帶狀：細(xì)化晶粒、消除

16、魏氏組織或帶狀組織，為下一步熱處理做組織準(zhǔn)備，相當(dāng)于退火的效果。組織，為下一步熱處理做組織準(zhǔn)備，相當(dāng)于退火的效果。(2)低碳鋼：低碳鋼：退火硬度太低，切削性能差，退火硬度太低，切削性能差，“粘刀粘刀”，正火，正火減少先共析減少先共析F，獲得細(xì)片狀，獲得細(xì)片狀P，硬度提高到，硬度提高到140190HB，改善切削加工性。改善切削加工性。(3)過共析鋼過共析鋼：消除網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火。：消除網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火。(4)某些中碳鋼或中碳合金結(jié)構(gòu)鋼工件某些中碳鋼或中碳合金結(jié)構(gòu)鋼工件：最終熱處理，代替：最終熱處理，代替調(diào)質(zhì)，具有一定的綜合力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)，具有一定的綜合力學(xué)性能。 加熱溫度：加熱溫

17、度：一般一般Ac3或或Accm以上以上3050。對于。對于含有強(qiáng)碳化物形成元素釩、鈦、鈮等的合金鋼，常含有強(qiáng)碳化物形成元素釩、鈦、鈮等的合金鋼，常采用更高的加熱溫度。其原則是在不引起晶粒粗化采用更高的加熱溫度。其原則是在不引起晶粒粗化的前提下，盡量提高加熱溫度，加速合金碳化物的的前提下，盡量提高加熱溫度，加速合金碳化物的溶解和溶解和A均勻化。均勻化。 冷卻：冷卻：根據(jù)鋼的成分和工件尺寸大小，靜止空氣根據(jù)鋼的成分和工件尺寸大小，靜止空氣中冷卻，也可吹風(fēng)、噴霧等，以獲得細(xì)中冷卻，也可吹風(fēng)、噴霧等，以獲得細(xì)P組織。組織。 A穩(wěn)定性較高的鋼：穩(wěn)定性較高的鋼：正火后還需進(jìn)行一次高溫回正火后還需進(jìn)行一次高

18、溫回火使火使A充分分解。充分分解。 碳鋼退火與正火工藝的加熱溫度范圍碳鋼退火與正火工藝的加熱溫度范圍1100-1200， 10-15 h，緩冷，緩冷Ac3以上以上3050，保溫、緩冷，保溫、緩冷Ac1以上以上20左右左右Ac3或或Accm以上以上3050，出爐空冷出爐空冷再結(jié)晶溫度以上、再結(jié)晶溫度以上、Ac1以下以下Ac3或或Accm和和Ac1之間，之間，緩冷緩冷一、退火與正火鋼的組織與性能一、退火與正火鋼的組織與性能都是都是P型組織，但有一定差異型組織，但有一定差異正火組織細(xì)。正火組織細(xì)。 退火后退火后P + 網(wǎng)狀滲碳體，正火網(wǎng)狀滲碳體析出受到抑制，網(wǎng)狀滲碳體，正火網(wǎng)狀滲碳體析出受到抑制，全

19、部細(xì)全部細(xì)P組織，或沿晶界僅析出一部分條狀碳化物組織，或沿晶界僅析出一部分條狀碳化物(不連不連續(xù)網(wǎng)狀續(xù)網(wǎng)狀)。合金鋼碳化物穩(wěn)定，加熱時不易溶入合金鋼碳化物穩(wěn)定，加熱時不易溶入A，退火不易形成，退火不易形成片狀片狀P而形成粒狀而形成粒狀P，正火形成粒狀，正火形成粒狀S或粒狀或粒狀T，硬度偏高。，硬度偏高。因此，合金鋼很少將正火作為切削加工前的預(yù)處理。因此，合金鋼很少將正火作為切削加工前的預(yù)處理。第三節(jié)第三節(jié) 退火與正火后的組織性能及工藝選用退火與正火后的組織性能及工藝選用正常加熱時退火或正火均使鋼晶粒細(xì)化。如果加熱溫度正常加熱時退火或正火均使鋼晶粒細(xì)化。如果加熱溫度過高、過高、A晶粒粗大，正火后易形成晶粒粗大，正火后易形成W組織，退火后形成粗組織，退火后形成粗晶粒的組織。晶粒的組織。鋼中鋼中Me含量不高時含量不高時，退火與正火后組織均為，退火與正火后組織均為F與滲碳體與滲碳體的混合物，但的混合物，但正火組織彌散度大，故硬度、強(qiáng)度較