珠光体转变程钢的正火和退火关系

1、本章主要介绍：本章主要介绍： 珠光体的组织形态珠光体的组织形态 珠光体的转变机制珠光体的转变机制 珠光体的转变过程珠光体的转变过程 珠光体的转变动力学珠光体的转变动力学 珠光体的力学性能珠光体的力学性能 钢的退火和正火钢的退火和正火 第三章第三章 珠光体转变与钢的退火正火珠光体转变与钢的退火正火 珠光体转变程钢的正火和退火关系 引引 言言 如前所述：如前所述：P是钢经是钢经A化后过冷到化后过冷到A1点以下发生共析转变的点以下发生共析转变的 产物。在退火、正火时，钢发生的主要转变是产物。在退火、正火时，钢发生的主要转变是P转变。在生产转变。在生产 上采用退火、正火处理来软化钢，使其便于机加工，也

2、为最终上采用退火、正火处理来软化钢，使其便于机加工，也为最终 热处理作好组织准备。热处理作好组织准备。 由由FeFe3C状态图可知，奥氏体在临界点以下是不稳定状态图可知，奥氏体在临界点以下是不稳定 组织。组织。过冷奥氏体的转变有三类：过冷奥氏体的转变有三类： 珠光体转变程钢的正火和退火关系 1.高温的珠光体转变：高温的珠光体转变：APFe3C（过共析成分），过共析成分）， 或或APF（亚共析成分）。亚共析成分）。 特点：此时特点：此时Fe原子、原子、C原子均能充分扩散。原子均能充分扩散。 2.中温的贝氏体转变：中温的贝氏体转变：AB上 上 （ （ Bain，美国物理冶金学家），美国物理冶金学家

3、） AB下 下 AB粒粒 特点：特点：Fe原子难以扩散，原子难以扩散，C原子尚能扩散。原子尚能扩散。 3.低温的马氏体转变：低温的马氏体转变：AM （ Marten，德国著名冶金学家），德国著名冶金学家） 特点：特点：Fe原子、原子、C原子都已不能扩散。原子都已不能扩散。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 P转变在热处理实践中的重要性：转变在热处理实践中的重要性： 1.钢在退火、正火时所发生的都是钢在退火、正火时所发生的都是P转变，可作为预先热转变，可作为预先热 处理，也可用作最终热处理。其组织形态（层片的厚薄处理，也可用作最终热处理。其组织形态（层片的厚薄 等）所表现出来的性能（等）所表现出来

4、的性能（、ak）都直接影响）都直接影响 使用性能。使用性能。 2.防止淬火时发生防止淬火时发生P转变，减少或克服非转变，减少或克服非M组织，达到预组织，达到预 期的性能。期的性能。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 1 珠光体的组织形态珠光体的组织形态 一一.珠光体形态珠光体形态 珠光体形态有片状珠光体和粒状珠光体两种：珠光体形态有片状珠光体和粒状珠光体两种： 1.片状珠光体形态（见图片状珠光体形态（见图3-13-3所示）所示） 图图3-1 片状珠光体片状珠光体 （T8钢钢990炉冷）炉冷）500 珠光体转变程钢的正火和退火关系 图图3-2 片状珠光体片状珠光体 （T8钢钢800炉冷）炉冷）10

5、00 珠光体转变程钢的正火和退火关系 图图3-3 珠光休显微姐织（珠光休显微姐织（T8钢退火）钢退火）580 珠光体组织粗细颜色不同珠光体组织粗细颜色不同 珠光体转变程钢的正火和退火关系 图图3-43-4 亚共析钢显微组织（亚共析钢显微组织（45钢，退火）钢，退火）580 铁素体为浅兰颜色，珠光体为多种颜色铁素体为浅兰颜色，珠光体为多种颜色 珠光体转变程钢的正火和退火关系 图图3-5.过共析钢显微组织（过共析钢显微组织（T12钢，退火）钢，退火）580 珠光体珠光体+白色网状渗碳体白色网状渗碳体 珠光体转变程钢的正火和退火关系 图图3-3片状珠光体片状珠光体 （T8钢钢840炉冷）炉冷）380

6、0 珠光体转变程钢的正火和退火关系 图图3-7 粒状珠光体粒状珠光体 （T8钢球化退火）钢球化退火）550 2.粒状珠光体形态（见图粒状珠光体形态（见图3-7、3-8所示）所示） 珠光体转变程钢的正火和退火关系 图图3-8 球化退火显微组织球化退火显微组织 （T10钢，球化退火）钢，球化退火）580X 珠光体转变程钢的正火和退火关系 片状片状P P以其片间距又分为：以其片间距又分为： 片状片状P P：片间距片间距150150450450nm nm 光子显微镜下可辨光子显微镜下可辨出。出。 索氏体：索氏体：片间距片间距8080150150nm nm 光子显微镜下难以分辨光子显微镜下难以分辨。 屈

7、氏体：屈氏体：片间距片间距30308080nm nm 光子显微镜根本无法辨光子显微镜根本无法辨别。别。 （它是在更低的温度下形成的）（它是在更低的温度下形成的） 珠光体转变程钢的正火和退火关系 片状片状P P的显微结构：的显微结构： 由一片片互相交替排列的由一片片互相交替排列的FeFe3 3C C和和F F组成。组成。 一个一个A A晶粒内晶粒内以形成几个以形成几个P P团团-层片方向大致一致。层片方向大致一致。 试样用试样用4 4硝酸酒精溶液浸蚀，显示硝酸酒精溶液浸蚀，显示P P由片状由片状FeFe3 3C C（暗暗 色）和色）和F F （白色）组成。白色）组成。 试样经深浸蚀将试样经深浸蚀

8、将F F优先腐蚀掉，再用扫描电镜观察，片优先腐蚀掉，再用扫描电镜观察，片 状状FeFe3 3C C成凸雕象（图成凸雕象（图3-3-3 3） 珠光体转变程钢的正火和退火关系 2. 2. 粒状珠光体的形态粒状珠光体的形态 下下图是粒状珠光体形态。图是粒状珠光体形态。F F基体上分布着粒状基体上分布着粒状FeFe3 3C C。 APAP粒（高粒（高C C钢中常见）钢中常见） 珠光体转变程钢的正火和退火关系 3-3 珠光体的转变机理珠光体的转变机理 1.1. 珠光体转变是由含珠光体转变是由含0.770.77c c的奥氏体分解为碳含量很高的奥氏体分解为碳含量很高6.696.69) )的渗的渗 碳休和碳含

9、量很低碳休和碳含量很低(0.02l8)(0.02l8)的铁索体，转变中同时完成原子扩散和点阵的铁索体，转变中同时完成原子扩散和点阵 重构两个过程。因此珠光体转变是以扩散为基础并受扩散所控制。重构两个过程。因此珠光体转变是以扩散为基础并受扩散所控制。 珠光体转变也可分为形核和长大两个阶段。珠光体转变也可分为形核和长大两个阶段。 形核形核 当钢为共析成分时，珠光体在奥氏体晶界上形核，当钢的成分当钢为共析成分时，珠光体在奥氏体晶界上形核，当钢的成分 偏离共析成分时，珠光体在通常位于奥氏体晶界处的先共析相（铁索体偏离共析成分时，珠光体在通常位于奥氏体晶界处的先共析相（铁索体 或渗碳体）上形核。或渗碳体

10、）上形核。 长大长大 珠光体长大的基本方式是沿着片的长轴方向长大，称为纵向长珠光体长大的基本方式是沿着片的长轴方向长大，称为纵向长 大；同时还可以横向长大。大；同时还可以横向长大。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 珠光体转变程钢的正火和退火关系 图图3-10 碳在奥氏体中扩散示意图碳在奥氏体中扩散示意图 图图3-11片状珠光体形成时碳的扩散示意图片状珠光体形成时碳的扩散示意图 珠光体转变程钢的正火和退火关系 2. 片状片状P形成过程形成过程 1）关于）关于P转变的领先相转变的领先相 P的形成是形核、长大的结果，领先晶核是的形成是形核、长大的结果，领先晶核是F或是或是Fe3C仍在研究之仍在研究之

11、 中。一般认为：中。一般认为： 亚共析钢的领先相是亚共析钢的领先相是F（有先析出有先析出F），）， 过共析钢的领先相是过共析钢的领先相是Fe3C（有先析出有先析出Fe3C），）， 共析钢的领先相是共析钢的领先相是F和和Fe3C。 不论哪一相领先，当过冷不论哪一相领先，当过冷A有未溶有未溶Fe3C存在时，未溶解的存在时，未溶解的Fe3C就就 有促进有促进P形成的作用，而先共析形成的作用，而先共析F无明显影响。无明显影响。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 2 2）P P的形成的形成 伴随着两个过程：伴随着两个过程： （0.77c）（0.02c）+ Fe3C（6.69c） C C的扩散：生成高的扩散

12、：生成高C C的的FeFe3 3C C和低和低C C的铁素体；的铁素体； 晶格的重构：面心立方的奥氏体晶格的重构：面心立方的奥氏体体心立方的体心立方的F F和复杂晶格和复杂晶格FeFe3 3C C。 形核部位：形核部位： A晶粒界上。晶粒界上。 条件是：晶界上缺陷较条件是：晶界上缺陷较 多，能量较高，原子易于扩散。由于多，能量较高，原子易于扩散。由于 能量成分、结构上的起伏，在能量成分、结构上的起伏，在A晶粒边晶粒边 界上产生一小片渗界上产生一小片渗C体（晶粒）。体（晶粒）。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 A Fe3C P+Fe3C A F P+F A P 图图3-12 共析钢珠光共析钢珠光

13、 体体 转变示意图转变示意图 图图3-13 亚共析钢珠亚共析钢珠 光体转变示意图光体转变示意图 图图3-14过共析钢珠过共析钢珠 光体转变示意图光体转变示意图 珠光体转变程钢的正火和退火关系 晶核长大：不仅向前，也向两侧长大。晶核长大：不仅向前，也向两侧长大。 Fe Fe3 3C C吸收周围的吸收周围的C C原子，使周围出现贫原子，使周围出现贫C C奥氏体，贫奥氏体，贫C C奥氏体区的奥氏体区的A A 晶界上又形成晶界上又形成F F晶核，晶核，F F晶核长大使周围出现富晶核长大使周围出现富C C奥氏体，而又形成奥氏体，而又形成 新的新的FeFe3 3C C晶核，如此交替，并向纵深生长晶核，如此

14、交替，并向纵深生长P P团团。这个晶粒长大过。这个晶粒长大过 程是程是F FFeFe3 3C C与与A A接壤附近的接壤附近的C C扩散过程。扩散过程。 远离远离P P的的A A中的中的C C向与向与FeFe3 3C C接壤的接壤的A A（C Cr-r-FeFe3 3C rC r）扩散，与扩散，与F F接壤的接壤的A A 中的中的C C向远离向远离P P的的A A中扩散。中扩散。 F F内部内部C C扩散：扩散：F F与与A A接壤的接壤的C C通过通过F F向向FeFe3 3C C扩散。扩散。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 3. 3. 粒状珠光体形成机制粒状珠光体形成机制 粒状粒状P P是

15、铁素体基体上均匀分布着近球状或颗粒状渗碳体的组织是铁素体基体上均匀分布着近球状或颗粒状渗碳体的组织。 粒状粒状P形成特点：形成特点： 形核、长大过程形核、长大过程 F转变通过转变通过Fe原子的点阵重建而成原子的点阵重建而成 Fe3C通过未溶碳化物质点进行非均匀形核长成球状或颗粒状。通过未溶碳化物质点进行非均匀形核长成球状或颗粒状。 或者从片状或者从片状P通过球化处理而获得（下图）。通过球化处理而获得（下图）。 图图3-15 3-15 片状渗碳体在片状渗碳体在A A1 1以下球化过程示意图以下球化过程示意图 珠光体转变程钢的正火和退火关系 粒状粒状P形成特定条件：形成特定条件： 奥氏体化温度较低

16、、保温时间较短、加热转变未充分奥氏体化温度较低、保温时间较短、加热转变未充分 进行进行 转变为珠光体的等温温度要高、等温时间要足够长或转变为珠光体的等温温度要高、等温时间要足够长或 冷却速度慢。冷却速度慢。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 共析碳钢的共析碳钢的IT图（图（a） 等温转变动力学图等温转变动力学图（b） ， 它可由多组它可由多组IT图绘制而成，由称图绘制而成，由称 TTT曲线（曲线（Time-Temperature- Trasfomatiom）, 俗称俗称C曲线曲线。 3-13-1钢的冷却钢的冷却转变转变 一一.等温转变等温转变IT图及等温转变图及等温转变 动力学曲线动力学曲线 珠

17、光体转变程钢的正火和退火关系 1.主要特点：主要特点： 各温度下等温转变开始前都有一各温度下等温转变开始前都有一 段孕育期；段孕育期； 随着转变温度降低，孕育期变随着转变温度降低，孕育期变 短，而出现最小值，即短，而出现最小值，即“鼻尖鼻尖”， 随后又逐渐变长。随后又逐渐变长。 对于亚共析或过共析钢的对于亚共析或过共析钢的C曲线曲线 上方上分别由一条先共析铁素体上方上分别由一条先共析铁素体 或先共析渗碳体线或先共析渗碳体线。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 2. 过冷奥氏体等温转变动力学图类型过冷奥氏体等温转变动力学图类型 珠光体转变程钢的正火和退火关系 珠光体转变程钢的正火和退火关系 No

18、Image T8钢过冷奥钢过冷奥 氏体等温转氏体等温转 变图变图 珠光体转变程钢的正火和退火关系 3.TTT 3.TTT图的应用图的应用 （1 1）是制定钢材热处理工艺规范的基本依据之一：）是制定钢材热处理工艺规范的基本依据之一： 大致估计出工件在某种冷却介质中冷却得到的组织；大致估计出工件在某种冷却介质中冷却得到的组织； 制定等温淬火和分散淬火的工艺；制定等温淬火和分散淬火的工艺； 估计钢接受淬火的能力。估计钢接受淬火的能力。 （2 2）实际热处理中采用连续冷却，其转变规律与等温冷却有）实际热处理中采用连续冷却，其转变规律与等温冷却有 相当大的差异。因此，相当大的差异。因此，TTTTTT图只

19、能对连续冷却的热处理图只能对连续冷却的热处理 工艺提供定性数据，它的直接应用受到很大的限制。工艺提供定性数据，它的直接应用受到很大的限制。 连续冷却转变图是在连续转变条件下测定的转变温度、时连续冷却转变图是在连续转变条件下测定的转变温度、时 间和转变量关系曲线，比较接近生产实际，因此，比较有间和转变量关系曲线，比较接近生产实际，因此，比较有 指导意义。指导意义。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 二、连续冷却转变图二、连续冷却转变图(Continuous Cooling Transformation), 称称CCT曲线，也称曲线，也称CT曲线曲线 图6-6共析碳钢连 续冷却转变图 珠光体转变程钢

20、的正火和退火关系 40Cr钢CCT图 （奥氏体化温度840） 珠光体转变程钢的正火和退火关系 珠光体转变热力学（自由能与温度的关系）珠光体转变热力学（自由能与温度的关系） 1）P转变的驱动力：是自由能差转变的驱动力：是自由能差G0（吉布氏自由能）。（吉布氏自由能）。 AP转变能进行的条件是转变能进行的条件是GGr 和和 GFe3CGr 即：即：F相、相、Fe3C相的自由能曲线的成分点，必须在奥氏体相的自相的自由能曲线的成分点，必须在奥氏体相的自 由能曲线的共析成分点的切线下方，由能曲线的共析成分点的切线下方，F、Fe3C才有形成的驱动力。才有形成的驱动力。 AP时，涉及三个相：时，涉及三个相：

21、奥氏体（奥氏体（r ）、铁素体（）、铁素体（a）和渗）和渗C体体 （Fe3C），三个相在），三个相在T1、T2温度下的自由能成分曲线如温度下的自由能成分曲线如图图3-9。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 图图3-20铁碳合金中的铁碳合金中的、 和和Fe3C相相在在T1、T2温度下温度下 的自由能成分曲线的自由能成分曲线 珠光体转变程钢的正火和退火关系 共析成分下，在共析成分下，在T1T1温度（温度（A1=727A1=727），三个相的），三个相的 自由能成分曲线有一条公切线。自由能成分曲线有一条公切线。 说明：三个相的自由能相等，说明：三个相的自由能相等， G G0 0 即无相变驱动力（图即无

22、相变驱动力（图3-5a3-5a）。）。 当温度下降到当温度下降到T T2 2时，由于时，由于、 FeFe3 3C C、相的自由能相的自由能 随温度变化（随温度变化（G GT T）的速率不同，使三条自由能曲线）的速率不同，使三条自由能曲线 的相对位置发生变化（图的相对位置发生变化（图b b），根据切线规则），根据切线规则, ,用图解用图解 法，可以找出法，可以找出 A A转变成转变成P P（F FFeFe3 3C C）的相变驱动力。的相变驱动力。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 在在Gr自由能曲线上，过共析自由能曲线上，过共析 成分作切线：成分作切线： 由析出相由析出相，成分点，成分点 作成分作

23、成分 轴的垂线，交切线与轴的垂线，交切线与G于两点于两点 A、B，由，由 于于B-A是负值，所以，是负值，所以， AB的数值即代表形成的数值即代表形成相的驱相的驱 动力。动力。 同理可作出同理可作出CD的数值是形成的数值是形成 Fe3C相的驱动力。相的驱动力。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 分别作分别作G、Gr和和GFe3C的公的公 切线，得切线，得ac、a D、dD也也 可发现，三条公切线都在可发现，三条公切线都在Gr 共析成分点下方。同样说明共析成分点下方。同样说明 共析成分的奥氏体首先可同共析成分的奥氏体首先可同 时转变时转变F、 Fe3C。成分为：成分为： b 成分的成分的与与Fe3

24、C； C 成分的成分的与与a 成分的成分的F。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 此时，此时，A、F、Fe3C三相共三相共 存存，但但A成分不均匀成分不均匀，靠靠F 侧含碳高（侧含碳高（CA-F），靠靠Fe3C 含碳低（含碳低（CA-C） ，引起，引起A内内 部碳扩散，使部碳扩散，使AP转变得转变得 以继续进行，直到以继续进行，直到A消失，消失， 成为成为F、Fe3C两相混合物两相混合物P （自由能最低的）自由能最低的） 珠光体转变程钢的正火和退火关系 3-4 珠光体转变动力学珠光体转变动力学 P转变的几个动力学问题转变的几个动力学问题 形核率形核率I和线长大速度和线长大速度V（长大率）；（长大

25、率）； P等温转变的动力学曲线和动力学图；等温转变的动力学曲线和动力学图； 及其影响因素。及其影响因素。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 珠光体等温转变动力学曲线（珠光体等温转变动力学曲线（S曲线）曲线） S曲线（曲线（P41图图3-1）是反映在一定的等温温度下，）是反映在一定的等温温度下，P转变量转变量f与时与时 间间t的关系。的关系。 约翰逊约翰逊梅尔（梅尔（Johnson-Mehl）方程表达式：）方程表达式： X=1-exp(-NG3t4/3) X珠光体体积分数珠光体体积分数 ；N形核率；形核率；G长大速度；长大速度； t等温时间（秒）等温时间（秒） 因为在恒温时因为在恒温时N N、G

26、G为常数，则为常数，则f(t)f(t)作图得到作图得到S S曲线（曲线（P41P41图图3-13-1） 特征：特征： 转变开始（转变开始（a点）前有点）前有 一段孕育期；一段孕育期； 转变初期、末期的转变转变初期、末期的转变 速度慢；中期快。速度慢；中期快。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 图图3-16形核率形核率N和长大率和长大率G与转变温度的关系与转变温度的关系 1.特征：特征： NG具有极大值。随着具有极大值。随着 T 、T ，则，则N ， G 到最高点（到最高点（550-600）；）； 过最大值后随过最大值后随T 、T ， 则则N ，G ； 高温转变获得粗珠光体、低高温转变获得粗珠光体

27、、低 温转变获得细珠光体；温转变获得细珠光体； 形核率形核率N和长大率和长大率G与转变温度与转变温度 珠光体转变程钢的正火和退火关系 2. 原因：原因： 随着过冷度随着过冷度T ，A与与P的自由能差的自由能差G ，晶核临界尺寸减小，晶核临界尺寸减小 （rc=2Tm/LT）和临界临界晶核形成功降低）和临界临界晶核形成功降低 （G=16/33T2m/L21/T）,故使得故使得N ，G 。 同时也由于同时也由于T ，Crr-Crr-c（浓度差浓度差） ，A中的中的C浓度梯度浓度梯度 ，P 片间距片间距 ，而，而I ，V 。 但是随着但是随着T ，C原子活动能力原子活动能力 ，则，则N 、G ，导致扩

28、散系数，导致扩散系数 D=D0e-Q/RT . 综上分析，前面是由综上分析，前面是由G起主导作用，后面是起主导作用，后面是C扩散起主导作用。扩散起主导作用。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 图3-17形核率N与时间的关系 4.长大速度长大速度G与等温时间无关：与等温时间无关： 当T一定时，则G也一定。 3. 形核率形核率N与时间关系：与时间关系： 随着等温时间随着等温时间t ，而，而N （图（图3-17） 珠光体转变程钢的正火和退火关系 珠光体的力学性能 一一.共析成分珠光体的力学性能共析成分珠光体的力学性能 1.片状珠光体的力学性能片状珠光体的力学性能 原始奥氏体晶粒越细，所得珠光体团的尺寸

29、越小，硬度、强度原始奥氏体晶粒越细，所得珠光体团的尺寸越小，硬度、强度 越越 高，塑性也较好。高，塑性也较好。 珠光体中的珠光体中的F、Fe3C的片层间距（的片层间距（S0）越小，硬度（）越小，硬度（HB）、强）、强 度（度（b）越高，塑性）越高，塑性(、)也较好。也较好。 S0的大小主要取决于的大小主要取决于P形成温度形成温度 T： T，S0，则，则P的的b、HB、。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 2.粒状珠光体的力学性能粒状珠光体的力学性能 与片状珠光体相比，在成分相同的情况下，与片状珠光体相比，在成分相同的情况下，P粒 粒的强 的强 度和硬度稍低于度和硬度稍低于P片 片，但断面收缩率

30、，但断面收缩率、延伸率延伸率，比比P 片片的好。 的好。 强度、硬度稍低的原因是强度、硬度稍低的原因是P粒 粒的 的F与与Fe3C的界面较的界面较P片 片少 少 的缘故，而的缘故，而、高是因为其基体是高是因为其基体是F呈连续分布。呈连续分布。 淬火变形、开列倾向小，疲劳强度（淬火变形、开列倾向小，疲劳强度（-1）高。）高。 可切性能好，对刀具磨损小。可切性能好，对刀具磨损小。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 获得强化效果的原因获得强化效果的原因 细珠光体有较高的塑性变形能力（因为细珠光体有较高的塑性变形能力（因为FeFe3 3C C薄，滑移薄，滑移 或弯曲），易于深度冷拔进行强化。变形量大，则

31、位错或弯曲），易于深度冷拔进行强化。变形量大，则位错 密度密度、抗拉抗拉强度强度 b b、铁素体的亚晶细化，强化铁素体的亚晶细化，强化 效果效果。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 3-7 3-7 钢的退火与正火钢的退火与正火 退火退火、正火正火、淬火淬火和回火回火通常是 热处理工作者的四把火。本章主要介绍 退火、正火热处理工艺。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 一一. .退火的定义、目的和分类退火的定义、目的和分类 1.1.退火的定义：退火的定义： 将金属工件缓慢加热到一定的温度（温度范围根据将金属工件缓慢加热到一定的温度（温度范围根据 不同的退火方法而定），保持一定时间后缓慢冷却（通不同的退

32、火方法而定），保持一定时间后缓慢冷却（通 常是炉中冷却至常是炉中冷却至600600左右出炉空冷）下来的热处理工艺左右出炉空冷）下来的热处理工艺 称退火。称退火。 缓慢冷却的目的是以获得接近至平衡状态的组织结缓慢冷却的目的是以获得接近至平衡状态的组织结 构构, ,所得到的组织为所得到的组织为P P均匀组织。均匀组织。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 2.2.退火的目的：退火的目的： （1 1）降低硬度，改善切削加工性；）降低硬度，改善切削加工性； （2 2）消除锻、轧后的内应力，稳定尺寸；）消除锻、轧后的内应力，稳定尺寸； （3 3）为淬火做好组织准备；）为淬火做好组织准备； （4 4）消除各种

33、缺陷，改善组织（如枝晶偏折等化学成分）消除各种缺陷，改善组织（如枝晶偏折等化学成分 不均匀等）。不均匀等）。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 3.3.退火工艺的分类退火工艺的分类 1 1）按加热温度分两大类：）按加热温度分两大类： 退火温度在临界退火温度在临界AcAc1 1以下的退火：以下的退火： 软化退火、再结晶退火、去应力退火等。（特点：未发生软化退火、再结晶退火、去应力退火等。（特点：未发生 相变重结晶）相变重结晶） 退火温度在退火温度在Ac1Ac1或或Ac3Ac3以上退火：以上退火： 完全退火、不完全退火、均匀化退火（扩散退火）、球化完全退火、不完全退火、均匀化退火（扩散退火）、球化

34、退火。（特点：发生了相变重结晶）退火。（特点：发生了相变重结晶） 2 2）按加热冷却方式及所用设备可分：）按加热冷却方式及所用设备可分： 加热炉退火、盐浴炉退火、火焰退火、氢气退火。加热炉退火、盐浴炉退火、火焰退火、氢气退火。 3 3）零件退火体积可分：整体退火、局部退火。）零件退火体积可分：整体退火、局部退火。 4 4）按零件表面状态可分：黑皮退火及光亮退火。）按零件表面状态可分：黑皮退火及光亮退火。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 4.4.常用退火工艺方法常用退火工艺方法 图图2-1 常用退火及正火工艺的温度范围常用退火及正火工艺的温度范围 珠光体转变程钢的正火和退火关系 珠光体转变程钢的

35、正火和退火关系 （一）完全退火（一）完全退火 完全退火工艺规范示意图完全退火工艺规范示意图 （1 1）定义：将钢加热到）定义：将钢加热到AC3AC3以上以上20203030温度，保温一段时温度，保温一段时 间后缓慢冷却（如炉冷到间后缓慢冷却（如炉冷到600600左右空冷）的热处理工艺，称左右空冷）的热处理工艺，称 完全退火。完全退火。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 （2 2）加热温度：在）加热温度：在GSGS线以上（线以上（A AC3 C3以上）。 以上）。 碳碳 钢：钢：T TA AC3 C3 30305050； 合金钢：合金钢：T TA AC3 C3 50507070； 生产实践上为了加

36、速钢的组织转变，进一步使生产实践上为了加速钢的组织转变，进一步使A A成分均匀成分均匀 化，往往采用化，往往采用A AC3 C3 7070100100（碳钢），只要保温时间不（碳钢），只要保温时间不 太长，不会引起晶粒粗大，至于合金钢，太长，不会引起晶粒粗大，至于合金钢，A AC3 C3 8080120120 没问题。没问题。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 （3 3）加热速度）加热速度 合理合理V V150150180180小时，特别是合金钢，导热性差，合小时，特别是合金钢，导热性差，合 金元素扩散也慢，过快会引起退火缺陷，引起变形。金元素扩散也慢，过快会引起退火缺陷，引起变形。 （4 4）

37、保温时间）保温时间 以加热时间的以加热时间的1 13 3为宜，或为宜，或8.58.5Q/4Q/4（h h），）， Q-Q-装炉量（吨）装炉量（吨） （5 5）冷却速度）冷却速度 高合金钢高合金钢202060/h60/h，炉冷至，炉冷至350350出炉；低合金钢出炉；低合金钢 5050100/h100/h， 碳钢碳钢100100200/h200/h；通常炉冷，；通常炉冷，600600出炉。出炉。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 不完全退火不完全退火 （1 1）定义：将钢件加热到不完全奥氏体化温度，保温一段时间，）定义：将钢件加热到不完全奥氏体化温度，保温一段时间， 然后缓慢冷却下来，这种操作工艺

38、称不完全退火。然后缓慢冷却下来，这种操作工艺称不完全退火。 （2 2）目的：主要在于降低硬度，消除工件的内应力，提高塑性。）目的：主要在于降低硬度，消除工件的内应力，提高塑性。 （3 3）温度：）温度：Ac1+30Ac1+305050 不完全退火工不完全退火工 艺规范示意图艺规范示意图 珠光体转变程钢的正火和退火关系 （二）等温退火（二）等温退火 （1 1）定义：将钢件加热到高于）定义：将钢件加热到高于A AC1 C1（亚共析钢）或 （亚共析钢）或A AC1 C1 A AC Cm之间之间 （过共析钢），短时保温时间后较快地冷到（过共析钢），短时保温时间后较快地冷到P P转变温度区间的某转变温度

39、区间的某 一温度，并等温保持足够时间，使一温度，并等温保持足够时间，使A A转变为转变为P P型组织，然后在空气型组织，然后在空气 中冷却的退火工艺称等温退火中冷却的退火工艺称等温退火 珠光体转变程钢的正火和退火关系 （2 2）等温退火优点）等温退火优点: :中碳钢及合金结构钢进行等温退火可以获中碳钢及合金结构钢进行等温退火可以获 得比完全退火优越性：得比完全退火优越性： 更为均一的组织性能，同时还有效地提高生产率；更为均一的组织性能，同时还有效地提高生产率； 消除锻造应力，工艺周期却比完全退火少约一半。消除锻造应力，工艺周期却比完全退火少约一半。 （3）等温温度与组织性能影响）等温温度与组织

40、性能影响 T2高时，高时，AP转变，先共析转变，先共析F含量含量 ，P片层粗，硬度片层粗，硬度 。 T2低时，低时，AP转变需时间短，转变需时间短，P片层间距离随过冷度增加片层间距离随过冷度增加 而变小，退火后硬度升高。而变小，退火后硬度升高。 T2一般选择低于一般选择低于A130100 珠光体转变程钢的正火和退火关系 （4 4）温时间以保证过冷）温时间以保证过冷A A分解完全分解完全 碳钢碳钢: 1: 12h2h； 低、中合金钢：低、中合金钢：3 35h5h。 （5 5）等温退火工艺是完全退火、不完全退火、球化退火的）等温退火工艺是完全退火、不完全退火、球化退火的 重要工艺改进途径，目的相同

41、。重要工艺改进途径，目的相同。 等温退火工艺应用于工具钢及轴承钢的球化，以及结构等温退火工艺应用于工具钢及轴承钢的球化，以及结构 钢大锻件的去除白点处理。钢大锻件的去除白点处理。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 （三）球化退火（三）球化退火 （1 1）球化：指钢中渗）球化：指钢中渗C C体的形状，弥散分布于体的形状，弥散分布于F F基体上的基体上的 细粒状（球细粒状（球 状）碳化物组织。状）碳化物组织。 （2 2）定义：球化退火是使钢中的渗）定义：球化退火是使钢中的渗C C体呈球状的退火工体呈球状的退火工 艺，称球化退火。艺，称球化退火。 （3 3）适用钢种：）适用钢种：C C0.600.60

42、的各种碳工钢、合工钢、模具的各种碳工钢、合工钢、模具 钢、轴承钢等。钢、轴承钢等。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 （4 4）提高性能：获得弥散分布的球状）提高性能：获得弥散分布的球状K K，可以，可以: : 减小工件淬火时的变形开裂倾向，减小工件淬火时的变形开裂倾向， 提高钢的断裂韧性提高钢的断裂韧性, , 消除网状消除网状K K或粗大或粗大K K所引起的脆断，刀具的崩落，所引起的脆断，刀具的崩落， 提高轴承的接触疲劳寿命，提高轴承的接触疲劳寿命， 提高耐磨性。提高耐磨性。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 （5 5）影响）影响K K球化的因素球化的因素 化学成分化学成分 C C：CC，K K

43、数量就数量就，易于球化。，易于球化。 合金元素：含有碳化物形成元素，阻碍球化，使球化变慢。合金元素：含有碳化物形成元素，阻碍球化，使球化变慢。 原始组织原始组织 a.a.淬火马氏体球化效果快，组织均匀。这与淬火马氏体球化效果快，组织均匀。这与M M是过饱和固溶是过饱和固溶 体，在体，在A A1 1以的回火分解，析出以的回火分解，析出K K，聚集长大形成，聚集长大形成K K的贡献有关。的贡献有关。 b.b.原始组织为大块原始组织为大块F FP P混合组织，其缓冷球化退火后混合组织，其缓冷球化退火后K K极不均匀。极不均匀。 c.c.原始组织经冷变形，低温锻造加工，显著促进球化原始组织经冷变形，低

44、温锻造加工，显著促进球化K K形成。形成。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 加热温度、保温时间加热温度、保温时间 A A化化TT则易得到层片状则易得到层片状P P，不易球化。，不易球化。 原始组织是片状原始组织是片状P P，也不易球化。，也不易球化。 冷却速度：冷却速度太大，冷却速度：冷却速度太大，C C扩散受到抑制，球化困难。扩散受到抑制，球化困难。 形变：形变加速球化过程形变：形变加速球化过程。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 （四）扩散退火（均匀化退火）（四）扩散退火（均匀化退火） （1 1）定义：将钢加热到）定义：将钢加热到AC3AC3以上（或以上（或AcmAcm）以上）以上15015

45、0300300 的温度进行长时间保温，然后缓慢冷却的热处理工艺称为均的温度进行长时间保温，然后缓慢冷却的热处理工艺称为均 匀化退火。匀化退火。 （2 2）主要目的：用于钢碇、大型铸件、锻坯的化学成分的）主要目的：用于钢碇、大型铸件、锻坯的化学成分的 偏析和组织不均匀，以获得均匀一致的成分和组织。偏析和组织不均匀，以获得均匀一致的成分和组织。 化学成分偏折主要有：枝晶偏折、带状化学成分偏折主要有：枝晶偏折、带状K K不均匀、合金元不均匀、合金元 素（素（C C、S S、P P、MoMo）偏析等，这些严重地影响钢的热处理质）偏析等，这些严重地影响钢的热处理质 量和使力学性能恶化。量和使力学性能恶化

46、。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 （3 3）均匀化退火工艺）均匀化退火工艺 温度的确定：在不致于使温度的确定：在不致于使A A晶粒过于粗大的条件下尽量提晶粒过于粗大的条件下尽量提 高温度，以利于扩散均匀化。高温度，以利于扩散均匀化。 T T0.80.80.9T0.9T熔点，但低于固相线。熔点，但低于固相线。 对于碳钢对于碳钢T T1100110012001200； 对于合金钢对于合金钢T T1050105012501250（也可取（也可取T T1200120013001300） 珠光体转变程钢的正火和退火关系 保保 温温 时时 间：为使扩散得以充分进行，一般时间间：为使扩散得以充分进行，一般

47、时间t t比较长，比较长， 一一 般般 情情 况况: : a. a. 101015h15h b. b. （1.51.52.52.5分钟）分钟） H H 其中：其中：H H截面厚度截面厚度( (） 装炉量大时：装炉量大时： c. c. 8.5+Q/4 -(h) Q-8.5+Q/4 -(h) Q-装炉量（吨），通常不装炉量（吨），通常不 超过超过1515小时，否则氧化严重。小时，否则氧化严重。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 升温速度：升温速度： V V100100200/h200/h 降温速度：降温速度： 50/h 50/h 高合金钢可为高合金钢可为202030/h30/h 出炉温度：通常断电炉

48、冷至出炉温度：通常断电炉冷至600600以下即可出炉空冷。以下即可出炉空冷。 但对高合金钢，由于淬透性好，为防止在冷却过程中产生但对高合金钢，由于淬透性好，为防止在冷却过程中产生 较大较大 应力，或硬度偏高，最好在应力，或硬度偏高，最好在350350出炉。由于高出炉。由于高 温长时间保温，常使晶粒粗大，为消除之，一般补充进行温长时间保温，常使晶粒粗大，为消除之，一般补充进行 一次完全退火或正火，细化晶粒。一次完全退火或正火，细化晶粒。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 （五）低温退火（去应力退火）（五）低温退火（去应力退火） （1 1）定义：冷变形后的金属在低于再结晶温度加热，以）定义：冷变形后

49、的金属在低于再结晶温度加热，以 去除内应力，但仍保留冷作硬化效果的热处理，称为去应力去除内应力，但仍保留冷作硬化效果的热处理，称为去应力 退火。退火。 把去除由于塑性变形加工、锻造、焊接等造成及铸件内把去除由于塑性变形加工、锻造、焊接等造成及铸件内 存在的残余应力而进行的退火统称去应力退火。存在的残余应力而进行的退火统称去应力退火。 去内应力退火的温度范围很宽，习惯上把较高温度下的去内应力退火的温度范围很宽，习惯上把较高温度下的 处理称去应力退火，而把较低温度下的处理称去应力回火。处理称去应力退火，而把较低温度下的处理称去应力回火。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 （2 2）低温退火低温退火温

50、度温度 低低C C结构钢，热锻轧材及工件的去应力退火温度结构钢，热锻轧材及工件的去应力退火温度T T500500左右。左右。 中中C C结构钢，为避免调质时的淬火变形，需在切削加工或最终热结构钢，为避免调质时的淬火变形，需在切削加工或最终热 处理前进行处理前进行500500650650去应力退火。加热时间不宜长，烧透为准。去应力退火。加热时间不宜长，烧透为准。 合金钢应选较高温度，常选合金钢应选较高温度，常选T T6006007007002 24h4h。 冷变形钢材如冷轧薄板、钢带、冷拨钢丝，制作小零件，常选冷变形钢材如冷轧薄板、钢带、冷拨钢丝，制作小零件，常选 T T250250350350

51、。 铸铁去应力退火选的温度较高，如普通灰口铸铁铸铁去应力退火选的温度较高，如普通灰口铸铁 T T55055025nm/h25nm/h。 合金灰口铸铁合金灰口铸铁T T6006006506502525/h/h2 28h8h。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 （六）（六）再结晶退火再结晶退火 (1)(1)什么是再结晶退火？什么是再结晶退火？ 将加工硬化的工件加热至再结晶温度以上将加工硬化的工件加热至再结晶温度以上150150200(200(碳钢的再碳钢的再 结晶温度为结晶温度为450450500)500)即即600600700700（小于（小于Ac1Ac1），并在此温度保），并在此温度保 温一段时

52、间，完全消除加工硬化现象（使破碎晶粒恢复原状），然温一段时间，完全消除加工硬化现象（使破碎晶粒恢复原状），然 后在空气中冷却，这种退火称为再结晶退火。后在空气中冷却，这种退火称为再结晶退火。 （2）再结晶）再结晶 退火工艺规范退火工艺规范 珠光体转变程钢的正火和退火关系 (3)(3)再结晶退火的作用再结晶退火的作用 主要于冷加工塑性变形后的金属材料。冷变形金属产生加工硬主要于冷加工塑性变形后的金属材料。冷变形金属产生加工硬 化，其硬度、强度和内应力随变形量增加而增大，塑性降低。只化，其硬度、强度和内应力随变形量增加而增大，塑性降低。只 有将其在再结晶温度以上加热，使被拉长了的变形晶粒重新形核，

53、有将其在再结晶温度以上加热，使被拉长了的变形晶粒重新形核， 变为细小的等轴晶粒，同时消除冷作硬化作用，硬度变为细小的等轴晶粒，同时消除冷作硬化作用，硬度，内应力，内应力 基本消除，组织与性能恢复到冷变形前的情况。图基本消除，组织与性能恢复到冷变形前的情况。图2-72-7为冷变形组为冷变形组 织在加热时的变化及性能变化示意图。织在加热时的变化及性能变化示意图。 （4 4）再结晶退火温度：）再结晶退火温度： 钢材的再结晶温度钢材的再结晶温度T T晶晶=450=450500500， 那么制定再结晶退火温度为那么制定再结晶退火温度为T TT T晶晶150150200200600600700 700 珠

54、光体转变程钢的正火和退火关系 图图2-7 2-7 冷加工变形量及退火温对金属组织与性能影响示意图冷加工变形量及退火温对金属组织与性能影响示意图 珠光体转变程钢的正火和退火关系 二二. .正火的定义、目的和分类正火的定义、目的和分类 正火工艺规范示意图正火工艺规范示意图 2.2.正火的目的：正火的目的： 1 1）消除锻、轧后的应力；）消除锻、轧后的应力； 2 2）细化晶粒、均匀组织，为最终热处理做好组织准备；）细化晶粒、均匀组织，为最终热处理做好组织准备； 3 3）改善组织，提高性能。如消除网状）改善组织，提高性能。如消除网状K K，大块，大块F F等组织缺陷。等组织缺陷。 1.正火的定义：正火的定义： 将钢件加热到将钢件加热到AC3或或 Acm以上以上3050 ，保温适当时间后，保温适当时间后 在空气中冷却下来在空气中冷却下来 的工艺称为正火。的工艺称为正火。 珠光体转变程钢的正火和退火关系 3.正火的作用正火的作用 正火可以作为对性能要求不高的工件的最终热处理，常用于碳钢和正火可以作为对性能要求不高的工件的最终热处理，常用于碳钢和 低合金钢：低合金钢： 1）共析钢正火后可消除网状）共析钢正火后可消除网状K； 2）碳钢正火后显著改善切削加工性；）碳钢正火后显著改善切削加工性； 3）