CH10.1 鋼的熱處理工藝(退火與正火)PPT

第十章鋼的熱處理工藝重要零部件生產(chǎn)過(guò)程毛坯生產(chǎn)(鑄造或鍛造)預(yù)備熱處理(退火或正火)機(jī)械粗加工機(jī)械精加工成品退火與正火冷卻速度較慢，主要用來(lái)改善材料工藝性能，消除殘余應(yīng)力、改善組織、細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度、改善切削性能等等——預(yù)備熱處理獲得優(yōu)異的綜合力學(xué)性能——最終熱處理最終熱處理(淬火和回火)

鋼的熱處理工藝是指根據(jù)鋼在加熱和冷卻過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律制定的具體加熱、保溫和冷卻的工藝參數(shù)。（鏈接）

熱處理工藝種類很多，其分類如下：

（1）根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得組織和性能的不同，鋼的熱處理可分為：普通熱處理（退火、正火、淬火和回火）、表面熱處理（表面淬火和化學(xué)熱處理等）及形變熱處理。（2）根據(jù)熱處理在零件整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的位置和作用可分為：預(yù)備熱處理和最終熱處理。熱處理的分類熱處理普通熱處理表面熱處理退火正火淬火回火表面淬火化學(xué)熱處理火焰加熱感應(yīng)加熱其它其它氮化滲碳形變熱處理鋼的熱處理幾個(gè)概念：

整體熱處理：對(duì)工件整體進(jìn)行穿透加熱的熱處理工藝。常用的有退火、正火、淬火和回火。

表面熱處理：僅對(duì)工件表層進(jìn)行熱處理以改變其組織和性能的工藝。常用的是表面淬火和回火。

化學(xué)熱處理：將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表面，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。常用的有滲碳、滲氮、碳氮共滲、氮碳共滲等。10.1鋼的退火與正火

退火（annealing）與正火（normalizing）主要用于預(yù)備熱處理，，即安排在鑄造、鍛造之后，切削加工之前，用以消除前一工序所帶來(lái)的某些缺陷，為隨后的工序作準(zhǔn)備。只有當(dāng)工件性能要求不高時(shí)才作為最終熱處理。真空退火爐退火爐一、退火的目的和工藝退火:將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻(爐冷)的熱處理工藝叫做退火。退火的目的：

⑴調(diào)整硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為170-250HB。⑵消除或改善工件在鑄、鍛、焊等加工過(guò)程中所造成的成分不均勻或組織缺陷，以提高工件的工藝性能和使用性能。消除內(nèi)應(yīng)力或加工硬化，防止加工中變形。⑶細(xì)化晶粒，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。退火的分類:1.根據(jù)加熱溫度可分為兩大類：一類是在臨界溫度（Ac1或Ac3）以上的退火，又稱為相變重結(jié)晶退火，包括完全退火、不完全退火、球化退火和擴(kuò)散退火等；另一類是在臨界溫度以下的退火，包括再結(jié)晶退火及去應(yīng)力退火等。退火重結(jié)晶退火擴(kuò)散退火完全退火普通退火等溫退火球化退火普通球化退火等溫球化退火低溫退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火2.根據(jù)冷卻方式可分為兩大類：等溫退火和連續(xù)冷卻退火。

(一).完全退火(鏈接)

1.定義：完全退火是將亞共析鋼加熱到Ac3以上，保溫一定時(shí)間，使組織完全奧氏體化后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。

2.應(yīng)用：用于亞共析鋼（0.3～0.6%C）及合金鋼的鑄件、鍛件以及熱軋型材。

特點(diǎn)：加熱過(guò)程中獲得完全的奧氏體組織，冷卻后組織接近平衡組織。

3.目的：消除或改善亞共析鋼的鑄、鍛件的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度、提高韌度、均勻組織，為后續(xù)加工做準(zhǔn)備，改善切削加工性能。同時(shí)消除殘余應(yīng)力。

4.工藝：

（1）加熱溫度

Ac3以上20～30℃

（2）保溫時(shí)間

τ=KD

或

τ=(3～4)＋(0.2～0.5)Q

（3）冷卻隨爐緩冷

注意：過(guò)共析鋼不能采用完全退火(?)等溫退火

1.等溫退火：將鋼加熱到Ac1或Ac3以上保溫，然后快速冷至稍低于Ar1等溫，是A→P，再空冷至室溫。

2.應(yīng)用：亞共析鋼的鑄鍛件和過(guò)共析鋼、合金工模具鋼特點(diǎn)：轉(zhuǎn)變?cè)诤銣叵逻M(jìn)行，組織均勻，可大大縮短退火時(shí)間。

3.工藝：（1）加熱溫度：與完全退火或球化退火相同

（2）溫度等溫：視鋼材成分和退火溫度而定。

（3）冷卻：可空冷至室溫。等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時(shí)間，更適合于孕育期長(zhǎng)的合金鋼。T12完全退火組織（網(wǎng)狀），500倍（二）不完全退火(鏈接)1.不完全退火：將鋼加熱到Ac1－Ac3(亞共析鋼)或Ac1－Accm(過(guò)共析鋼)之間，保溫后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。

2.應(yīng)用：亞共析鋼和過(guò)共析鋼

3.目的：

4.工藝：

（1）加熱溫度：Ac1～Ac3(亞)或Ac1～Accm(過(guò))之間（2）保溫時(shí)間：τ=KD

τ=(～4)＋(0.2～0.5)Q

（3）冷卻隨爐緩冷注：過(guò)共析鋼不完全退火實(shí)際上是球化退火的一種。（三）球化退火(鏈接)

1.球化退火：通常加熱溫度是Ac1以上20～30℃,經(jīng)保溫后緩冷，使片狀滲碳體轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙罨蛄?。球化退火是將鋼中滲碳體（碳化物）球狀化的退火工藝,是不完全退火的一種。2.應(yīng)用：主要用于共析鋼、過(guò)共析鋼及合金工、模具鋼,軸承鋼。近年來(lái)球化退火應(yīng)用于亞共析鋼（為改善變形工藝性）也取得成功。

特點(diǎn)：加熱過(guò)程中片狀滲碳體發(fā)生不完全溶解而斷開(kāi)，形成細(xì)小滲碳體，冷卻過(guò)程中以球粒狀析出彌散分布在鐵素體基體上。

3.目的：使組織中的網(wǎng)狀二次滲碳體和珠光體中片層狀的滲碳體球化，降低硬度，改善切削性能，并淬火做好組織準(zhǔn)備。

具有粒狀珠光體的高碳鋼有以下優(yōu)點(diǎn)：①硬度較低，便于切削加工；②減少淬火時(shí)過(guò)熱和變形傾向；③淬火后力學(xué)性能高，耐磨性好。

共析鋼球化退火組織(化染)700

T10鋼球化退火組織(化染)5004.球化退火類型(鏈接)

（1）P的球化

（2）由A轉(zhuǎn)變?yōu)榍蚧w一次球化退火工藝、二次球化退火工藝、往復(fù)球化退火工藝。

（3）M在稍低于Ar1的溫度分解

5.冷卻：爐冷或冷至Ar1以下較高溫度等溫。

T12正常球化退火組織，500倍球化退火工藝1.緩慢冷卻（一次）球化退火接近于Ac1長(zhǎng)時(shí)間保溫使片狀滲碳體向球狀滲碳體轉(zhuǎn)化。其工藝：

（1）加熱溫度：Ac1＋（20～30）℃

（2）保溫時(shí)間：取決于工件的透燒時(shí)間但不宜過(guò)長(zhǎng)。

（3）冷卻：隨爐緩冷至600℃以下出爐空冷

2.等溫球化退火將鋼加熱到略高于Ac1短時(shí)間保溫形成不均勻的A和未溶解的滲碳體（碳化物），然后通過(guò)緩冷或稍低于Ar1等溫。其工藝：

（1）加熱溫度：Ac1＋（20～30）℃（2）等溫溫度：

Ar1－（20～30）℃

（3）保溫時(shí)間：取決于工件的透燒時(shí)間但不宜過(guò)長(zhǎng)。

（4）冷卻：隨爐緩冷至600℃以下出爐空冷3.往復(fù)球化退火將鋼加熱到略高于Ac1保溫，然后冷至稍低于Ar1溫度等溫，并在A1上下循環(huán)加熱和冷卻多次，然后隨爐緩冷至600℃以下出爐空冷。T10鋼球化退火（四）擴(kuò)散退火（均勻化退火）(鏈接)1.擴(kuò)散退火：是指將鋼加熱到Ac3或Accm以上150～300℃，長(zhǎng)時(shí)間保溫，然后隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝。其實(shí)質(zhì)是使鋼中的各元素在奧氏體中進(jìn)行充分?jǐn)U散，達(dá)到成分均勻化。

2.應(yīng)用：鑄錠和鑄件

3.目的：達(dá)到化學(xué)成分和組織均勻化。

4.工藝：(1)加熱溫度：

Ac3(亞)或Accm(過(guò))以上150～300℃(或0.8～0.9Tm而低于固相線)（要視鋼種和偏析程度）

(2)保溫時(shí)間：τ=8.5＋Q/4

(3)冷卻：隨爐緩冷。注意：擴(kuò)散退火的晶粒粗大，擴(kuò)散退火后再進(jìn)行一次完全退火或正火。（五）去應(yīng)力退火(鏈接)

1.去應(yīng)力退火(又稱為回復(fù)退火)(鏈接)：

2.應(yīng)用：去除鑄件、焊件以及塑性變形件中存在的內(nèi)應(yīng)力，以穩(wěn)定組織或尺寸。鑄件、鍛壓件、焊件、切削加工件等

3.目的：消除工件的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸，減少變形。

特點(diǎn)：低溫退火，無(wú)組織變化.

4.工藝：（1）加熱溫度：其加熱溫度范圍很寬，通常是在再結(jié)晶溫度以下。

（2）加熱溫度：視工件大小和裝爐量而定。

（3）冷卻：盡量緩冷以免產(chǎn)生新的應(yīng)力。（六）再結(jié)晶退火

1.再結(jié)晶退火(鏈接)：指將冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保溫適當(dāng)時(shí)間后，使變形晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)應(yīng)變的等軸新晶粒，從而消除加工硬化和殘余內(nèi)應(yīng)力的熱處理工藝。

2.應(yīng)用：

3.目的：

4.工藝：

(1)加熱溫度：T再以上150～200℃（T再=0.4Tm）

(2)保溫時(shí)間：

(3)冷卻：空冷至室溫。各種熱處理方法及冷卻曲線示意圖溫度(℃)名稱Ac3+30～50完全退火Ac1+30～50球化退火500～600去應(yīng)力退火Ac3+150～250擴(kuò)散退火二、鋼的正火目的和工藝(鏈接)1.鋼的正火：將鋼件加熱到Ac3或Accm以上，保溫一定時(shí)間后，在空氣中冷卻得到細(xì)片狀珠光體組織的熱處理工藝。

正火的實(shí)質(zhì)是鋼完全A化加偽共析轉(zhuǎn)變。正火與退火的明顯差異是正火冷卻速度稍快。

2.正火組織：P類組織（偽P），比退火狀態(tài)的片層間距小，P領(lǐng)域也小。正火態(tài)S0=0.2?，退火態(tài)S0=0.5?。名稱目的工藝制度組織應(yīng)用完全退火細(xì)化晶粒，消除鑄造偏析，降低硬度，提高塑性加熱到AC3＋20～50℃，爐冷至550℃左右空冷

F＋P亞共析鋼的鑄、鍛、軋件，焊接件球化退火降低硬度，改善切削性能，提高塑性韌性，為淬火作組織準(zhǔn)備加熱到AC1＋20～40℃，然后緩冷至600℃空冷片狀珠光體和網(wǎng)狀滲碳體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙罟参?、過(guò)共析鋼及合金鋼的鍛件、軋件等等溫退火獲得均勻組織，為淬火作組織準(zhǔn)備加熱到AC3＋20～50℃合金鋼和高合金鋼擴(kuò)散退火改善或消除枝晶偏析，使成分均勻化加熱到Tm-100～200℃，先緩冷，后空冷粗大組織（組織嚴(yán)重過(guò)燒）合金鋼鑄錠及大型鑄鋼件或鑄件再結(jié)晶退火消除加工硬化，提高塑性加熱到再結(jié)晶溫度，再空冷變形晶粒變成細(xì)小的等軸晶冷變形加工的制品去應(yīng)力退火消除殘余應(yīng)力，提高尺寸穩(wěn)定性加熱到500～650℃緩冷至200℃空冷無(wú)變化鑄、鍛、焊、冷壓件及機(jī)加工件常用退火工藝制度小結(jié)3、正火的目的鋼的種類正火主要目的低、中碳鋼(≤0.6C%)和低碳合金鋼目的與退火的相同。消除鑄造和焊接過(guò)程引起的過(guò)熱組織缺陷，細(xì)化晶粒、提高硬度、改善切削加工性。中碳結(jié)構(gòu)鋼對(duì)力學(xué)性能要求不高或尺寸較大的結(jié)構(gòu)件，常用正火作為最終熱處理，以提高其強(qiáng)度、硬度。預(yù)備熱處理和正火代替調(diào)質(zhì)處理。正火可消除成形工藝過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷，保證合適的切削加工硬度，為后續(xù)熱處理做好組織準(zhǔn)備。過(guò)共析鋼消除網(wǎng)狀二次滲碳體、為球化退火和淬火做準(zhǔn)備高合金鋼淬火作用（空淬）§2－3退火與正火

注意：一般在生產(chǎn)中要改善切削性能，低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火,高碳鋼用球化退火.與退火相比具有以下特點(diǎn)：

1）由于冷卻速度較退火快，所得組織比退火時(shí)要細(xì)；2）正火后的零件的強(qiáng)度和硬度比退火時(shí)高，且含碳量越高，差別越大；3）低碳鋼經(jīng)正火處理后的強(qiáng)度與硬度，與退火處理的差別不多，但正火處理是在爐外進(jìn)行，不占用設(shè)備，生產(chǎn)率高，所以低碳鋼多采用正火代替退火處理。4）中碳鋼的正火可替代調(diào)質(zhì)處理，為高頻淬火作準(zhǔn)備。5）高碳鋼可消除網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火做準(zhǔn)備。4、正火工藝溫度(℃)名稱Ac3+30～50亞共析鋼Ac1+30～50共析鋼Accm+30～50過(guò)共析鋼

（1）加熱溫度：Ac3(亞)或Accm(過(guò))以上30～50℃；含碳化物形成元素的合金鋼采用Ac3以上100～150℃。

（2）保溫時(shí)間：與完全退火相同

（3）冷卻：空冷或風(fēng)冷正火工藝參數(shù)正火工藝參數(shù)①含碳量≤0.25%經(jīng)正火后硬度提高，改善了切削加工性能。②消除過(guò)共析鋼中的二次滲碳體。③作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理。正火的冷卻速度稍快于退火，由C曲線可知，二者的組織是不一樣的。正火后的組織比退火細(xì)，如圖所示。5、正火的應(yīng)用三、退火和正火的選用一.退火和正火的區(qū)別1.正火與退火的明顯差異是正火冷卻速度快。正火時(shí)會(huì)出現(xiàn)偽共析轉(zhuǎn)變。2.正火與退火的組織都是P類組織，正火態(tài)為偽P，退火態(tài)為平衡組織。正火態(tài)比退火狀態(tài)的片層間距小，P領(lǐng)域也小。3.合金鋼中碳化物穩(wěn)定，不易溶入A，正火與退火后為粒狀