学生07第一章 钢的退火与正火.doc

第一章 钢的退火与正火 重点：1、了解退火与正火的目的； 2、掌握常用退火、正火的工艺方法及应用范围。退火和正火常作为毛坯的预先热处理。正火也可作为一些不重要工件的最终热处理。 1-1 退 火一、退火的概念、目的及工艺 退火的概念：将钢加热至临界点（Ac1）以上或以下某一温度，保温一定时间，缓慢（一般是随炉）冷却，以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 退火的种类：1、按加热温度：临界温度以上或以下（Ac1）（Ac3）的退火 1）临界温度以上的退火（又称相变重结晶退火），包括：完全退火、扩散退火、不完全退火、球化退火等。2）临界温度以下的退火包括：再结晶退火及去应力退火等。2、按冷却方式，退火可分为：1）等温退火； 2）连续退火。 退火的主要目的：均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度、消除应力和加工硬化，改善钢的成形及切削加工性能，并为淬火作好组织准备。二、退火的工艺方法（一） 完全退火 概念：将钢件或钢材加热至Ac3以上2030，经完全奥氏体化后进行缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。 适用钢种：主要用于亚共析钢（wc0.30.6）。 * 低碳钢不宜：因为完全退火后硬度偏低，不利于切削加工； * 过共析钢不宜：因为加热至Accm以上奥氏体状态缓冷退火时，有网状二次渗碳体析出，使钢的强度、塑性和冲击韧性显著降低。目的：1）细化晶粒、均匀组织、消除内应力； 2）降低硬度，改善钢的切削加工性能。 应用：1）中碳结构钢铸、锻（轧）件，常见缺陷组织有魏氏组织、晶粒粗大和带状组织等。 2）在焊接件焊缝处组织不均匀，热影响区具有过热组织和魏氏组织，造成很大的内应力； 作用：组织发生重结晶，使钢的晶粒细化、组织均匀，魏氏组织难以形成，消除带状组织。 完全退火的工艺：1）加热温度Ac3以上2030，不宜过高，以免发生晶粒粗大2）加热速度影响因素：钢材成分、工件形状、工件厚度、装炉量及装炉方式等。常用结构钢、弹簧钢、热作模具钢钢锭，加热速度为 100200 /h。3）保温时间影响因素：钢材成分、工件厚度、装炉量及装炉方式等。工件烧透（即心部达到加热所要求的温度）时间完成组织转变时间，* 在箱式炉中退火的保温时间可按下式计算： min 有效厚度D（ ） h h D 图1-1 工件的有效厚度式中是工件的有效厚度，见图1-1。K是加热系数，一般K=1.52.0min/mm* 常用结构钢、弹簧钢、热作模具钢钢锭* 常用结构钢、弹簧钢、热作模具钢钢锭 保温时间为 = 8.5 + Q/4 （h） 式中Q装炉量，单位为t。* 亚共析钢锻轧钢材保温时间一般按经验公式= (34) + (0.40.5)Q（h）4）冷却速度应缓慢，以保证奥氏体在Ar1点以下较小的过冷度情况下进行珠光体转变，以免硬度过高* 一般碳钢冷却速度应小于200/h，低合金钢的冷却速度应低至100/h；* 高合金钢的冷却速度应50/h* 实际生产时，为提高生产率退火冷却至600左右即可出炉空冷。 等温退火：常用于某些奥氏体稳定的合金钢，由于其“C”曲线位置极右，需较长的退火时间，采用此工艺可有效缩短生产周期，提高生产率；此外对某些合金钢可用来防止钢中白点形成。等温退火时间温度Ac3Ar1图1-2 完全退火工艺示意图加热温度 Ac3（2050）或Ac1（2050）。加热速度 同完全退火。保温时间 同完全退火。等温温度 根据“C”曲线及要求硬度确定。冷却速度 大件随炉冷却，小件空冷。冷却方式 500随炉冷，500随炉冷，400为炉冷，400为空冷（适用于铸铁）适用：1、焊接结构件：焊后多采用此法。若采用完全退火，加热后发生相变重结晶，在此高温下，弹性极限降低，由于本身自重而变形。 2、高合金钢：如18Cr2Ni4WA等，为了便于切削加工采用600650软化。 3、铸 件：消除铸造应力。 4、精密件：如主轴、细长丝杠每次加工后进行。（六） 再结晶退火 概念：为消除冷变形中所产生的加工硬化，改善塑性而采取的退火工艺。 工艺：加热温度：随合金成分及冷变形量而变化。 临界变形量：为产生再结晶所需的最小变形量，再结晶温度随变形量增加而降低，一定值时不再变化。钢的临界变形量为610。再结晶温度：铁450； 铜270 ；铝100。 1-2 正 火概念：将钢加热至Ac3以上3050（亚共析钢），Acm以上4060（过共析钢），保温以后空冷，得到接近平衡组织的热处理工艺。目的：1、消除热加工所造成的组织缺陷（如粗大铁素体块和魏氏组织），细化晶粒；2、消除网状碳化物，为球化退火作好组织准备； 3、提高力学性能，作为最终热处理。工艺：* 加热温度：亚共析钢：Ac33050 过共析钢：Accm3050* 保温时间：1.52min/mm* 冷却方式：空冷 应用：1、低碳钢为HB，可加热温度（Ac3100），奥氏体稳定性，而后较快速冷却； 2、中碳钢可按成分和工件尺寸确定冷却方式， 含碳较高，并含有合金元素缓冷，静止 或堆放； 含碳较低，不含合金元素可较快冷却。 3、过共析钢为消除网状碳化物，加热时需让碳化物全溶入奥氏体。冷却时为抑制碳化物析出，需采用较大冷速：鼓风、喷雾、甚至油冷、水冷至Ar1以下的温度取出空冷。 图1-6退火正火工艺曲线去应力退火完全退火正火球化退火不完全退火均匀化退火温度含碳量图1-5退火与正火加热温度范围 4、中高碳钢及中高碳合金钢件，为降低正火后的硬度和消除应力以得到良好的力学性能，可以在正火后进行附加的回火（550600）。但小于0.2%C的钢则不需要。 1-3 退火、正火后的组织和性能及工艺缺陷一、 退火、正火后的组织和性能均为珠光体型组织（FP、P、PFe3C、SF、S、SFe3C）。但由于过冷度不同，组织有些差异：退火、正火组织性能等比较退 火正 火晶 粒较粗：例如T8钢，粗片状P，片间距0.5m较细：例如T8钢，细片状S，片间距0.2m先共析产物（F、Fe3C）能充分析出例如45钢：45F55P不能充分析出例如45钢：30F70P性 能强度、韧性稍低、HB稍低强度、韧性稍高、HB稍高生产周期较长较短生产率较低较高1.铁素体的性能二、工艺缺陷1、过烧：因温度过高，晶界氧化，甚至晶界局部熔化，使工件报废。2、黑脆：工具钢退火后，硬度低、脆性大，易折断，断口呈灰黑色“黑脆”石墨。 原因：温度高、时间长冷却慢，且C%、Mn，及含有促进石墨化杂质元素（如铝等）均促使Fe3CG。 发生黑脆的工具不能返修。3、粗大魏氏组织：原因：加热温度过高所造成。 消除方法：加热温度稍高于Ac3，使先共析相完全溶解，又不使奥氏体晶粒粗大，再采用适当的冷却方式，即可消除魏氏组织。 4、反常组织：在亚共析钢中，在先共析铁素体晶界上有粗大的渗碳体存在，珠光体片间距也很大；在过共析钢中，在先共析渗碳体周围有很宽铁素体条，而先共析渗碳体网也很宽。原因：退火时，在Ar1点附近时冷却过慢。消除方法：重新退火。5、球化不均匀：原因：球化退火前没消除网状Fe3C。 消除方法：先正火，再球化退火。6、硬度偏高：原因：中高碳钢加热温度过高、冷速过快，特别是合金元素含量较高，过冷奥氏体稳定的钢，会出现S、T、B、M。消除方法：重新退火。7、网状组织：原因：加热温度过高、冷速过慢。 消除方法：重新正火。8、脱碳：原因;：在氧化介质中加热时，由于介质与钢铁表层碳的作用，表层含碳量降低的现象。如脱碳层小于加工余量，对工件没影响。防止方法：应采用保护气氛的方法。9、变形与开裂：原因：应力引起。 防止方法：正确选择零件材料、零件结构合理、工艺合理、热处理方法正确。三、退火与正火的选择1、改善切削加工性能：160210HBS为最好。 组织：亚共析钢片状优于球状 共、过共析钢球状优于网状所以：1）低碳、低碳合金钢 正火 2）中碳、中碳合金钢 退火（完全或不完全退火） 3）共析钢、过共析钢 球化退火 4）有些中碳（40CrMn、38CrMoAlA等）奥氏体稳定性高的小薄件正火高温回火。2、改善组织，为淬火作组织准备亚共析钢完全退火或正火。视具体情况而定；低合金钢、碳钢零件不太小时正火；合金元素含量