热处理原理与工艺钢的退火与正火.pptx

钢的退火与正火,钢的退火与正火,退火：将钢加热到低于或高于Ac1点温度，保持一定时间后随炉缓慢冷却，以获得接近平衡状态的组织。正火：将钢加热到Ac3点以上3050或更高温度的奥氏体区域，保持一定时间后在空气中进行冷却，以获得珠光体类的组织。,一、退火与正火的目的与用途,退火的目的及其分类目的：（）降低钢的硬度，便于切削加工；（）消除内应力或冷作硬化，提高塑性以利于继续冷加工；（）改善或消除毛坯在铸、锻、焊时所造成的成分或组织不均（偏析、带状组织和魏氏组织），以提高其工艺性能和组使用性能；（）细化晶粒，改善高碳钢中碳化物的分布和形态，为最终热处理作好准备。,退火的类别：,（）低温退火加热温度低于Ac1点，退火过程中没有相变发生，其目的在于消除内应力，降低硬度，恢复塑性和消除冷作硬化；（）不完全退火加热到Ac1点以上2030，使珠光体转变成奥氏体，对亚共析钢的先共析铁素体和过共析钢的先共析渗碳体均无改变。对锻、轧后的亚共析钢，不完全退火可消除内应力，降低硬度。对过共析钢不完全退火使片状珠光体球化，降低硬度，改善切削性能。因此，有时也把这种退火称为球化退火。,（）完全退火加热到Ac3点以上3050，目的在于消除组织缺陷，细化晶粒。主要适用于亚共析钢，消除铸造、锻、轧工艺产生的组织缺陷。过共析钢很少使用这种工艺，一般使用正火工艺消除组织缺陷。（）扩散退火加热到Ac3点以上150250，长时间保温，使钢的成分和组织在高温下通过扩散均匀化。,正火的目的和用途,目的：（）对大型锻件和较大界面的钢材，可使组织均匀化，细化晶粒，为淬火作好组织上的准备；（）改善一些钢种的板材、管材、带材和型钢的机械性能，正火往往是最终热处理工艺；（）改善低碳钢和低碳合金钢的显微组织和性能，提高切削加工性能；（）改善和细化铸钢件的铸态组织；（）对大型工件，淬火容易产生变形，用正火工艺代替淬火工艺。,退火与正火工艺的应用,（）冷加工钢材，一般使用再结晶退火工艺消除加工硬化。包括有色金属、软钢、硅钢片、精密合金、各种冷加工的板、管、丝、带、型钢等金属材料。（）结构钢热轧后，为了消除内应力，通常采用低温（低于Ac1点，约650700)退火，均匀热透后出炉空冷或随炉冷却。（）为了消除中碳结构钢铸、锻、轧后组织中的魏氏组织、晶粒粗大、带状组织，常采用完全退火或正火工艺进行热处理。,（）低碳结构钢（小于0.25%C）和低合金钢，如果采用退火工艺处理，反而使少量的珠光体球化，钢变的更软。为了提高硬度和切削加工性能，大多采用正火处理，以获得细片状的珠光体。（）工具钢常使用球化退火（不完全退火，加热到加热到Ac1点以上2030）。碳素工具钢、一部分合金工具钢和轴承钢，在轧（锻）后的堆冷或空冷时，组织中会出现片状珠光体（甚至网状渗碳体），淬火过程中工件容易开裂。,冷加工钢的再结晶退火,再结晶退火：就是将冷变形的金属加热到高于其再结晶温度，使之重新形核和长大，以获得原来晶体结构不变的、没有内应力的稳定组织，恢复其加工变形能力。结晶退火主要用于有色金属、软钢、极低碳的硅钢片、精密合金和各种冷加工的扳、管、丝、带、型钢等金属材料的加工过程中。决定再结晶退火温度的因素：（1）变形程度，变形程度越小，再结晶温度越低；（2）合金元素或杂质含量越高，再结晶退火温度越高；（3）原始晶粒度，晶粒越大，再结晶温度越高。,结构钢热轧（锻）后的退火与正火,1.消除内应力的退火钢材热轧（锻）后，在冷却过程中由于表层和心部冷却速度不同，有温差存在，导致残余热应力的产生。这种内应力与后续工艺因素产生的应力叠加，有可能造成工件的变形和开裂。因此，对大多数结构钢采用退火的方法消除内应力。单纯为了消除内应力，通常只需采用低温退火，即加热到Ac1温度以下（650-700），均匀热透后出炉空冷或随炉冷却。,2.消除组织缺陷的完全退火或正火,中碳结构钢铸、锻、轧后的组织中，有时会出现魏氏组织、晶粒粗大和带状组织等组织缺陷。采用完全退火或正火工艺来消除这些组织缺陷。完全退火或正火的加热温度相同，都使组织发生重结晶，只是冷却速度不同，这要根据工件的形状和对硬度的要求决定。对比较严重的带状组织缺陷，需要在1200左右的温度进行扩散退火，然后再经正火方能消除。,3.低碳结构钢的正火,低于0.25%C的碳素钢和低合金钢，由于碳含量低，如果采用退火处理，反而使少量的珠光体发生球化，钢变得更软，切削加工时容易粘刀。采用正火工艺处理，可获得细片状的珠光体。一般情况下，碳含量低于0.5%C的钢，适宜采用正火工艺处理以提高可加工性能。大于0.8%C的钢，采用退火工艺处理。碳含量低于0.15的碳素钢，一般采用淬火工艺代替正火工艺提高其加工性能。,工具钢的球化退火,球化退火：将钢加热到Ac1以上温度，使珠光体中的片状碳化物由片状转变为球状的热处理工艺。热力学原理：片状面积大，处于不不稳定状态，若转化为球状则有最小的界面，能量最低，处于稳定的平衡状态。,进行球化退火的原因,碳素工具钢、一部分合金工具钢(Cr2、9SiCr、CrMn、CrWMn、9CrWMn,CrW5等）和滚珠轴承钢，在轧（锻）后堆冷或空冷时，组织中都会出现片状珠光体（甚至网状渗碳体）。它的硬度较高，切削加工后零件的表面光洁度差，淬火过程中工件易变形和开裂。使用部门要求冶金厂能供球状珠光体组织，即在铁素体的基上均匀分布着球状或粒状的碳化物。,碳化物球化机理,片状渗碳体的两端棱角处，界面的曲率半径小，表面碳原子易于迁移到奥氏体中去，使奥氏体的碳浓度增高。而片状渗碳体中部边界较为平直的地方，界面的曲率半径大，碳原子比较难以由渗碳体表面转入奥氏体中去，因而其附近奥氏体中碳的浓度较低，这样，就造成奥氏体晶粒内碳原子的浓度差，引起碳原子的扩散。,碳原子,碳化物,球形碳化物,影响球化退火的工艺因素,（1）加热温度如果加热温度略高于正常的温度，保留下来的未溶碳化物量较少，冷却时将在奥氏体晶粒内形成一部分粗片状珠光体，形成过热的组织。如果加热温度低，已析出的物来不及聚集长大，而形成大部分细粒状的碳化物和一部分接近于细片状或链状的碳化物，形成欠热组织。,（2）冷却速度,当加热温度一定时，冷却速度越小或冷却的越缓慢，奥氏体向珠光体转变时经历的时间越长，因而析出的碳化物进行扩散、聚集的时间也越充分，形成的碳化物颗粒就越大，而且均匀。反之，冷却速越大，形成的碳化物尺寸越小，因而得到的是细粒状组织，硬度偏高，对切削加工不利。,（3）钢的原始组织,原始珠光体细薄、碳化物细小并分布均匀的正火或淬火组织以及经冷加工变形的组织，最易于球化。,如何消除工具钢中的网状碳化物,过共析成分的碳素工具钢如T11-T13和合金工具钢中的CrMn、CrWMn、CrW5等钢种，由于先共析碳化物往往沿奥氏体晶界析出，呈网状分布，降低了钢的塑性和韧性，增大了脆性，同时给退火时的珠光体球化以及淬火时加热温度的选择都带来严重的影响。,网状碳化物的消除方法,（1）在锻（轧）时在两相区（800-900）停锻或停轧，先共析碳化物虽然沿着奥氏体晶界优先析出，但是形变仍在进行，尚可将析出的网状碳化物破碎。这种办法由于影响锻锤或轧机的生产率（通常形