工艺第章钢的退火与正火

第二章钢的退火与正火常用的热处理工艺分为两大类：

预备热处理目的：消除坯料、半成品中的某些缺陷，为后续冷加工，最终热处理作组织准备。

最终热处理目的：使工件获得所要求的性能。

一、钢的退火的定义、目的和分类

1、定义：将钢件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺称为退火。2、退火的目的

（1）均匀化学成分；（2）改善机械性能及工艺性能；（3）消除或减少内应力；

（4）为最终热处理作好组织准备。3、退火工艺的分类

按加热温度分为两类：一类是在临界温度（Ac1或Ac3）以上的退火，包括完全退火、不完全退火、扩散退火和球化退火等；另一类是在临界温度以下的退火，包括软化退火、再结晶退火及去应力退火等。第二章钢的退火与正火

各种退火工艺示意图第二章钢的退火与正火

二、常用退火工艺方法

1、扩散退火

定义：扩散退火又称均匀化退火。将金属铸锭或锻坯，在稍低于固相线的温度下长期加热，消除或减少化学成分偏析及显维组织的不均匀性，以达到均匀化目的的热处理工艺。目的：消除结晶过程中的枝晶偏析，使成分均匀化。适用范围：主要用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件、锻件。第二章钢的退火与正火注意：高温扩散退火生产周期长，消耗能量大，工件氧化、脱碳严重，成本很高；同时，会引起奥氏体晶粒严重粗化，因此一般还需要进行一次完全退火或正火，以细化晶粒、消除过热缺陷。只有一些优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭才使用这种工艺。对于一般尺寸不大的铸件或碳钢铸件，因其偏析程度较轻，可采用完全退火来细化晶粒，消除铸造应力。第二章钢的退火与正火偏析的主要表现：

（1）化学成分的不均匀性；（2）非金属夹杂物的不均匀性分布；（3）偏析区还形成大量显微及宏观的气泡，气孔。

偏析的危害：

由于偏析存在，使大量铸、锻件成分及组织不均匀，存在很大组织应力，它直接影响到钢的热处理及其机械性能。第二章钢的退火与正火

扩散退火工艺：加热温度：通常选择在Ac3或Acm以上150～300℃，视钢种和偏析程度而异。温度过高影响加热炉寿命，并使钢件烧损严重。碳钢一般为1100～1200℃，合金钢一般为1200～1300℃。保温时间：t＝8.5＋Q/4式中，t为时间（h）；Q为装炉量（T）一般时间不超过15h，否则氧化严重。冷却速度：一般为50℃/h；高合金钢≤20～30℃/h。第二章钢的退火与正火

2、完全退火定义：将钢件加热到Ac3以上，使之完全奥氏体化，然后缓慢冷却，获得接近平衡组织的热处理工艺。目的：细化晶粒、均匀组织，降低硬度、改善切削性能以及消除内应力。

工艺：完全退火采用随炉缓冷以保证先共析铁素体的析出和过冷奥氏体在Ar1以下不大过冷度情况下转变为珠光体。工件在退火温度下的保温时间不仅要使工件烧透，达到完全重结晶。完全退火保温时间与钢材成分、工件厚度、装炉量和装炉方式等因素有关。实际生产时，为了提高生产率，退火冷却至600℃左右即可出炉空冷。

第二章钢的退火与正火

加热温度：通常选择在Ac3以上20～30℃。保温时间：t＝（3～4）＋（0.2～0.5）Q亚共析锻、轧材t＝KD（min）碳素钢或低合金钢，装炉量小

适用范围：中碳钢和中碳合金钢的铸，焊，锻，轧制件等。

注意事项：低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。低碳钢完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。过共析钢加热至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。第二章钢的退火与正火3、不不完全全退火火将钢件件加热热至Ac1～Ac3（亚亚共析析钢））或Ac1～Acm（过过共析析钢））之间间，经经过保保温并并缓慢慢冷却却，以以获得得接近近平衡衡组织织的热热处理理工艺艺。这种退退火实实际上上只是是使珠珠光体体部分分再进进行一一次重重结晶晶，基基本上上不改改变先先共析析铁素素体或或渗碳碳体原原来的的形态态及分分布。。退火后后珠光光体的的片间间距有有所增增大，，硬度度有所所降低低，内内应力力有所所降低低。特点：退火火温度度低，，保温温时间间短。。过共析析钢的的不完完全退退火实实质上上是球球化退退火的的一种种。第二章章钢钢的的退火火与正正火4、球球化退退火概念：使钢钢中碳碳化物物球状状化而而进行行的退退火工工艺称称为球球化退退火。。工艺：一般般球化化退火火工艺艺Ac1+(10～～20)℃℃，随随炉冷冷至500～600℃空空冷。。目的：降低低硬度度、改改善组组织、、提高高塑性性和切切削加加工性性能。。适用范范围：主要要适用用于含含碳>0.6%的各种种高碳碳工具具钢、、模具具钢、、轴承承钢等等。为为改善善冷变变形工工艺性性，有有时也也用于于低、、中碳碳钢。。第二章章钢钢的的退火火与正正火钢中碳碳化物物的球球化可可以提提高塑塑性、、韧性性、改改善切切削加加工性性和减减少最最终热热处理理时的的变形形开裂裂倾向向。球化退退火后后的硬硬度取取决于于钢中中碳化化物的的析出出分数数及分分布、、形态态，含含碳量量高的的钢，，碳化化物数数量多多，退退火后后硬度度也相相应提提高。。碳化化物粒粒子未未溶，，并聚聚集球球化，，得到到粒状状珠光光体；；加热热温度度过高高，形形成均均匀的的奥氏氏体，，缓慢慢冷却却得到到片状状珠光光体。。第二章章钢钢的的退火火与正正火影响碳碳化物物球化化的因因素：：1）化化学成成分的的影响响：碳碳含量量越高高，越越易于于球化化。2）原原始组组织的的影响响：渗渗碳体体、碳碳化物物等3）加加热温温度与与保温温时间间的影影响：：加热热温度度越高高，延延长保保温时时间，，奥氏体越越容易易出现现片状状珠光光体而而且不不容易易球化化；4）冷冷却速速度的的影响响：冷冷却速速度过过快，，珠光光体碳碳化物物颗粒粒细小小，聚聚集作用小小，易易形成成片状状碳化化物。。Ar1以下较较高温温度等等温或或炉冷冷。5）形变的的影响响：层层状珠珠光体体经过过塑性性变形形可以以加速速球化化过程程。第二章章钢钢的的退火火与正正火第二章章钢钢的的退火火与正正火常见见的的球球化化退退火火工工艺艺:第二二章章钢钢的的退退火火与与正正火火第二二章章钢钢的的退退火火与与正正火火5、、再再结结晶晶退退火火定义义：：经经过过冷冷变变形形后后的的金金属属加加热热到到再再结结晶晶温温度度以以上上，，保保持持适适当当时时间间，，以以消消除除形变变强强化化和和残残余余应应力力的的热热处处理理工工艺艺。。目的的：：消消除除加加工工硬硬化化，，提提高高塑塑性性，，改改善善切切削削性性能能和和压压延延成成型型性性能能。。加热热温温度度：：再再结结晶晶退退火火在在高高于于再再结结晶晶温温度度进进行行。。再再结结晶晶温温度度随随着着合合金金成成分分及及冷塑塑性性变变形形量量而而有有所所变变化化。。为产产生生再再结结晶晶所所需需的的最最小小变变形形量量称称为为临临界界变变形形量量，，钢钢的的临临界界变变形形量量为为6-10％％。。再再结结晶晶温温度度随随变变形形量量增增加加而而降降低低，，到到一一定定值值时时不不再再变变化化。。纯金金属属的的再再结结晶晶温温度度：：铁铁为为450℃℃，，铜铜为为270℃℃，，铝铝为为100℃℃。。一一般般钢钢材材再再结结晶晶退退火火温温度度常常取取650-700℃℃，，铜铜合合金金为为600-700℃℃，，铝铝合合金金为为350-400℃℃。。第二二章章钢钢的的退退火火与与正正火火6、、去去应应力力退退火火定义义：：为为了了消消除除由由于于形形变变加加工工、、锻锻造造、、焊焊接接等等所所引引起起的的以以及及铸铸件件内内存存在在的的残残余应应力力（（但但不不引引起起组组织织的的变变化化））而而进进行行的的退退火火工工艺艺。。目的的：：消消除除铸铸件件、、锻锻件件、、焊焊接接件件应应力力，，稳稳定定几几何何形形状状，，防防止止开开裂裂。。尤尤其其在在机机械加加工工后后，，由由于于应应力力平平衡衡的的破破坏坏，，常常会会造造成成变变形形超超差差，，使使工工件件报报废废。。加热热温温度度：：铸铸铁铁件件去去应应力力退退火火温温度度不不应应太太高高，，否否则则造造成成珠珠光光体体的的石石墨墨化化。。由于于成成分分、、加加工工方方法法、、内内应应力力大大小小及及分分布布的的不不同同，，以以及及去去除除程程度度的的不不同同，，去去应应力力退退火火的的加加热热温温度度范范围围很很宽宽，，应应根根据据具具体体情情况况而而定定。。第二章钢钢的的退火与与正火例如：1、低碳碳结构钢钢热锻后后，如硬硬度不高高，适于于切削加加工，可可不进行行正火，，而在500℃℃左右进进行去应应力退火火；2、中碳碳结构钢钢为避免免调质时时的淬火火变形，，需在切切削加工工或最终终热处理理前进行行500-650℃的的去应力力退火；；3、对切切削加工工量大，，形状复复杂而要要求严格格的刀具具、模具具等，在在粗加工工及半精精加工之之间，淬淬火之前前，常进进行600-700℃℃、2-4小时时的去应应力退火火；4、各类铸件件在机械械加工前前应进行行消除应应力处理理。铸铁铁件去应应力退火火温度不不应太高高，否则则造成珠珠光体的的石墨化化。去应力退退火后，，均应缓缓慢冷却却，以免免产生新新的应力力。第二章钢钢的的退火与与正火三、钢的的正火定义：正正火是将将钢件或或钢材加加热到Ac3（（Acm）以上上适当温温度，保保温适当当时间后在空空气中冷冷却，得得到珠光光体类组组织的热热处理工工艺。目的：正正火的目目的是获获得一定定的硬度度、细化化晶粒，，并获得得比较均均匀的组组织和性能。正火温度度：一般般正火加加热温度度为Ac3＋（（30～～50℃℃）。第二章钢钢的的退火与与正火保温时间间：一一般正火火保温时时间以工工件透烧烧为准（（即心部部达到要要求的加加热温度度）。因因为正火火时一般般采用热热炉装料料，加热热过程中中工件内内温差较较大，为为了缩短短工件在在高温时时的停留留时间，，而心部部又能达达到要求求的加热热温度，，所以采采用稍高高于完全全退火的的温度。。正火是是工业业上常常用热热处理理工艺艺之一一，正正火既既可作作为预预备热热处理理工艺艺，为为后续续热处处理工工艺提提供适适宜的的组织织状态态，例例如为为过共共析钢钢的球球化退退火提提供细细片状状珠光光体，，消除除网状状碳化化物等等；也也可作作为最最终热热处理理工艺艺，提提供合合适的的机械械性能能，例例如碳碳素结结构钢钢件的的正火火处理理等。。此外外，正正火处处理也也常用用来消消除某某些缺缺陷。。例如如，消消除粗粗大铁铁素体体块，，消除除魏氏氏组织织等。。第二章章钢钢的的退火火与正正火正火时时应考考虑如如下问问题：：1）低低碳钢钢正火火的目目的之之一是是为了了提高高切削削性能能。但但是对对有些些含碳碳量低低于0.20％％的钢钢，即即使按按通常常正火火温度度正火火后，，自由由铁素素体量量仍过过多，，硬度度过低低，切切削性性能仍仍较差差。为为了适适当提提高硬硬度，，应提提高加加热温温度(可比比Ac3高高100℃℃)，，以增增大过过冷奥奥氏体体的稳稳定性性，而而且应应该增增大冷冷却速速度，，以获获得较较细的的珠光光体和和分散散度较较大的的铁素素体。。2）中中碳钢钢的正正火应应该根根据钢钢的成成分及及工件件尺寸寸来确确定冷冷却方方式。。含碳碳量较较高，，含有有合金金元素素，可可采用用较缓缓慢冷冷却速速度，，如在在静止止空气气中或或成堆堆堆放放冷却却，反反之则则采用用较快快冷却却速度度。第二章章钢钢的的退火火与正正火3）过过共析析钢正正火，，一般般是为为了消消除网网状碳碳化物物，故故加热热时必必须保保证碳碳化物物全部部溶入入奥氏氏体中中。为为了抑抑制自自由碳碳化物物的析析出，，使其其获得得伪共共析组组织，，必须须采用用较大大冷却却速度度，如如鼓风风冷却却、喷喷雾冷冷却，，甚至至油冷冷或水水冷至至Ar1点点以下下的温温度再再取出出空冷冷。4）双双重正正火：：有些些锻件件的过过热组组织或或铸件件粗大大铸造造组织织，一一次正正火不不能达达到细细化组组织的的目的的，为为此采采用二二次正正火，，才可可获得得良好好结果果。第第一次次正火火在高高于Ac3点以以上150-200℃的的温度度加热热，以以扩散散办法法消除除粗大大组织织，使使成分分均匀匀；第第二次次正火火以普普通条条件进进行，，其目目的是是细化化组织织。第二章章钢钢的的退火火与正正火四、退退火、、正火火后钢钢的组组织和和性能能退火和和正火火所得得到的的均是是珠光光体型型组织织，但但是正正火与与退火火比较较时，，正火火的珠珠光体体是在在较大大的过过冷度度下得得到的的，因因而退退火(主要要指完完全退退火)与正正火在在组织织上存存在差差异，，因而而在性性能上上也不不同。。1、退退火、、正火火后的的组织织特点点钢在退退火、、正火火后的的组织织和性性能与与钢的的成分分、原原始组组织状状态、、工艺艺规范范等因因素有有关。。第二章章钢钢的的退火火与正正火经完全全退火火与正正火后后的组组织有有以下下区别别：1）正正火的的珠光光体组组织比比退火火状态态的片片层间间距小小，范范围也也小。。2）正正火的的冷却却速度度快，，先共共析产产物不不能充充分析析出，，同时时由于于奥氏氏体的的成分分偏离离共析析成分分而出出现伪伪共析析组织织。对对过共共析钢钢，退退火后后组织织为珠珠光体体＋网网状碳碳化物物。正正火得得到全全部细细珠光光体组组织，，或者者沿晶晶界析析出一一部分分条状状碳化化物。。3）由由于合合金钢钢中碳碳化物物更稳稳定，，不易易充分分固溶溶到奥奥氏体体中，，退火火后不不容易易形成成层状状珠光光体。。正火火后得得到的的粒状状索氏氏体或或屈氏氏体硬硬度较较高。。4）正正常规规范下下通过过退火火、正正火使使钢的的晶粒粒细化化。但但是如如果加加热温温度过过高，，使奥奥氏体体晶粒粒粗大大，退退火后后形成成粗晶晶粒的的组织织第二章钢钢的退火火与正火2、退火、、正火后组组织与机械械性能的关关系1）铁素体体机械性能能铁素体的机机械性能取取决于碳及及合金元素素的含量，，同时也与与晶粒的亚亚结构尺度有关关。晶粒大大小对铁素素体性能的的影响公式式：第二章钢钢的退火火与正火2）珠光体体的机械性性能珠光体是铁铁素体与渗渗碳体的两两相混合物物，珠光体体的硬度、、强度与片片层间距成成线性反比比关系，同同时临界脆脆化温度Tc与珠光体范范围的尺寸寸dp成反比关系系。钢中珠光体体含量越多多，强度、、硬度越高高，而韧性性下降，临临界脆化温温度提高。。第二章钢钢的退火火与正火在生产上对对退火、正正火工艺的的选用，应应该根据钢钢种、前后后连接的冷冷、热加工工工艺、以以及最终零零件使用条条件等来进进行。根据据钢中含碳碳量不同，，一般按如如下原则选选择：（1）含0．25％％C以下的的钢，在没没有其它热热处理工序序时，可用用正火来提提高强度。。（2）对渗渗碳钢，用用正火消除除锻造缺陷陷及提高切切削加工性性能。但对对含碳低于于0.20％的钢，，如前所述述，应采用用高温正火火。对这类类钢，只有有形状复杂杂的大型铸铸件，才用用退火消除除铸造应力力。第二章钢钢的退火火与正火（3）对含含碳0.25-0.50％的的钢，一般般采用正火火。其中含含碳0.25-0.35％钢钢，正火后后其硬度接接近于最佳佳切削加工工的硬度。。对含碳较较高的钢，，硬度虽稍稍高(200HB)，但由于于正火生产产率高，成成本低，仍仍采用正火火。只有对对合金元素素含量较高高的钢才采采用完全退退火。（4）对含含碳0.50-0.75％的的钢，一般般采用完全全退火。因因为含碳量量较高，正正火后硬度度太高，不不利于切削削加工，而而退火后的的硬度正好好适宜于切切削加工。。此外，该该类钢多在在淬火、回回火状态下下使用，因因此一般工工序安排是是以退火降降低硬度，，然后进行行切削加工工，最终进进行淬火、、回火。第二章钢钢的退火火与正火（5）含碳碳0.75-1.0％的钢，，有的用来来制造弹簧簧，有的用用来制造刀刀具。前者者采用完全全退火作预预备热处理理，后者则则采用球化化退火。当当采用不完完全退火法法使渗碳体体球化时，，应进行正正火处理，，以消除网网状渗碳体体，并细化化珠光体片片。（6）含碳碳大于1.0％的钢钢用于制造造工具，均均采用球化化退火作预预备热处理理。当钢中含有有较多合金金元素时，，由于合金金元素强烈烈地改变了了过冷奥氏氏体连续冷冷却转变曲曲线，因此此上述原则则就不适用用。例如低低碳高合金金钢18Cr2Ni4WA没没有珠光体体转变，即即使在极缓缓慢的冷却却速度下退退火，也不不可能得到到珠光体型型组织，一一般需用高高温回火来来降低硬度度，以便切切削加工。。第二章钢钢的退火火与正火五、退火、、正火的缺缺陷1、过烧由于加热温温度过高，，晶界氧化化，甚至晶晶界局部熔熔化，造成成工件报废废。第二章钢钢的退火火与正火2、黑脆碳素工具钢钢或低合金金工具钢在在退火后，，有时发现现硬度虽然然很低，但但脆性却很很大，一折折即断，断断口呈灰黑黑色，所以以叫“黑脆脆”。金相相组织特点点是部分渗渗碳体转变变成石墨，，发现黑脆脆的工具不不能返修。。T12钢钢退火石墨墨碳如下图图：第二章钢钢的退火火与正火3、粗大魏魏氏体组织织主要原因是是加热温度度过高所致致，对于魏魏氏体严重重的，可采采用双重正正火来消除。（魏氏氏组织的主主要原因：：适当冷冷却速度、、奥氏体晶晶粒粗大））。4、反常组组织主要原因是是当亚共析析钢或共析析钢退火时时，在临界界点Ar1点附近冷冷却过慢，，特别在略低于于Ar1点点的温度下下长期停留留。在亚共析钢钢中出现非非共析渗碳碳体，而在在过共析钢钢中出现游游离铁素体体。这和正常组组织相反,因而称为为反常组织织。反常组组织将造成成淬火软点点。出现这种组织时应应进行重新退退火消除。第二章钢钢的退火与正正火5、网状组织织主要是由于加加热温度过高高，冷却速度度过慢引起，，一般采用重重新正火来消消除。6、球化不均均匀原因是球化退退火前没有消消除网状渗碳碳体，在球化化退火时聚集集而成，可进进行正火和一一次球化来消消除。7、硬度过高高加热温度过高高、冷却速度度较快，特别别是对合金元元素含量较高高、过冷奥氏氏体稳定的钢钢，会出现索索氏体、屈氏氏体、甚至是是贝氏体、马马氏体组织。。可进行重新新退火以获得得所需硬度。。第二章钢钢的退火与正正火9、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。13:08:5813:08:5813:0812/29/20221:08:58PM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。12月-2213:08:5913:08Dec-2229-Dec-2212、故人江海别别，几度隔山山川。。13:08:5913:08:5913:08Thursday,December29,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2213:08:5913:08:59December29,202214、他乡乡生白白发，，旧国国见青青山。。。29十十二二月20221:08:59下下午13:08:5912月月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月221:08下下午12月-2213:08December29,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/2913:08:5913:08:5929December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。1:08:59下午午1:08下午午13:08:5912月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。13:08:5913:08:5913:0812/29/20221:08:59PM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。12月-2213:08:5913:08Dec-2229-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。