B第二章退火和正火课件

第二章退火和正火B、热处理工艺部分第二章退火和正火

退火和正火是最基本的热处理工序，它们既可作为预备热处理，为最终热处理（淬火、回火、化学或表面热处理等）创造良好的组织条件或为适于后续加工工艺性能需要，也可作为钢的成品或半成品的最终热处理。钢的退火与正火工艺需遵循奥氏体形成和珠光体转变的基本的规律。第二章退火和正火§2-1退火、正火的定义、目的和分类

退火的定义：将金属或合金加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺称为退火。§2-1退火、正火的定义、目的和分类

退火的基本特点：①大部分加热温度在AC1以上；②慢冷（一般炉冷）；③得到珠光体类组织。

退火的目的：§2-1退火、正火的定义、目的和分类

退火的分类：Ac1温度以上退火：完全退火、不完全退火、扩散退火、球化退火等（相变重结晶退火）按加热温度分

Ac1温度以下退火：再结晶退火、去内应力退火、去氢退火等（低温退火）

按冷却方式可分连续冷却退火及等温退火等。

正火的定义：正火是将钢件加热到Ac3（或Accm）以上适当温度，保温适当时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。§2-1退火、正火的定义、目的和分类

正火的基本特点：加热温度＞Ac3（或Accm）；空冷；得到珠光体类组织。§2-1退火、正火的定义、目的和分类

正火的目的（用途）：①钢材及或铸、锻件用正火细化晶粒，消除魏氏组织或带状组织；②低碳钢和低碳合金钢用正火调整硬度，改善切削性能；③过共析钢和渗碳零件用正火消除组织中的网状碳化物，为后续球化退火作组织准备；④某些中碳钢用正火代替调质处理，获得较好的综合力学性能。§2-2常用退火工艺方法第二章退火和正火一、扩散退火

1、定义：P242、目的：消除或减少化学成分偏析及显微组织（枝晶）的不均匀性。

3、工艺要点：加热温度高：Ac3或Accm+150～300℃（略低于固相线）保温时间长：10～15小时（T=8.5+Q/4(h)）§2-2常用退火工艺方法加热速度：100～200℃/h冷却速度：一般≤50℃/h，高合金钢≤20～

30℃/h600℃以下方可空冷。所得组织：P片+F亚共析钢

P片共析钢P片

+Fe3C过共析钢§2-2常用退火工艺方法4、工艺原理：加热温度t加和保温时间τ保取决于钢中C的偏析率：钢锭尺寸越大；钢中S、P、Si%越大，则

越大，则t加和τ保要增加，导致晶粒粗化，所以扩散退火后一般都要进行完全退火以细化晶粒。§2-2常用退火工艺方法5、应用范围：适用于合金钢铸锭、铸件。由于扩散退火保温时间长，因而能耗大，成本高，且工件易过热和烧损，往往随后还需进行完全退火来细化晶粒，因此钢厂一般是在锻轧前加热时适当延长保温时间，以达到扩散退火的目的，很少专门进行扩散退火。§2-2常用退火工艺方法用扩散退火解决钢材成分和组织结构的不均匀性是有限度的。例如对结晶过程中形成的化合物及夹杂物来说，扩散退火就无能为力，只能用反复锻打的办法才能改善。§2-2常用退火工艺方法二、完全退火1、定义：工件加热充分奥氏体化后，缓慢冷却得到接近平衡状态组织的退火方法。

2、目的：细化晶粒、降低硬度、改善切削性能以及消除内应力。

3、工艺要点：加热温度：Ac3+30～50℃

加热速度：＜200℃/h

结构钢、弹簧钢、热作模具钢锭：保温时间：τ=8.5+Q/4（h）Q—装炉量（t）亚共析钢锻轧钢材：

τ=（3～4）+（0.4～0.5）Q（h）

碳钢：≯200℃冷却速度：低合金钢：≯100℃/h600℃以下才能空冷高合金钢：≯50℃/h§2-2常用退火工艺方法§2-2常用退火工艺方法所得组织：P片+F亚共析钢

P片共析钢P片

+Fe3C过共析钢§2-2常用退火工艺方法4、工艺原理：工件完全奥氏体化后，利用重结晶细化晶粒。①奥氏体晶粒大小，影响珠光体领域的尺寸，A晶粒越大则P领域尺寸大。②奥氏体成分的均匀性，不影响P的片间距S0但影响退火后珠光体的形态，A成分均匀倾向于形成P片，A成分不均匀倾向于形成P粒。③冷却速度υ冷，影响珠光体片间距S0，υ冷↑，则S0↓，珠光体分散度大，HB↑；υ冷↓

，则S0↑，P的分散度小，HB↓。§2-2常用退火工艺方法5、应用范围：主要适用0.3～0.6%的中碳钢。＜0.3%C的低碳钢若采用完全退火，则其硬度太低，切削性能不好。——宜采用正火。

过共析钢不宜采用完全退火，因为过共析钢加热到完全A区（Accm以上），缓冷后二次渗碳体会呈网状析出，使钢的强度、塑性和韧性显著降低。——宜采用球化退火。§2-2常用退火工艺方法三、等温退火

1、定义：将奥氏体用较快速度冷却到临界点以下较高温度范围进行珠光体等温转变，然后出炉空冷到室温的退火。

2、目的：获得更均匀的片状珠光体类组织。

3、工艺要点：加热温度：Ac3+30～50℃保温时间：同完全退火。保温后冷却（至等温温度）：快冷（一般风冷）

§2-2常用退火工艺方法

等温温度：Ar1-30～100℃，由钢材成分及退火后硬度要求而定。等温时间：包括TTT图上规定的组织转变时间与钢材截面降到等温温度的均温透冷时间。等温后冷却：可空冷到室温。大件需缓冷到＜500℃空冷。

4、工艺原理:（略）

§2-2常用退火工艺方法

5、工艺优点：a.组织均匀，机械性能和工艺性能好；b.通过工艺参数可调整机械性能；c.工艺周期短。

6、应用范围：C0.15～0.8％亚共析钢铸锻件。§2-2常用退火工艺方法四、不完全退火1、定义：将钢件加热至Ac1与Ac3（或Accm）之间，经保温并缓慢冷却，以获得接近平衡组织的退火方法。2、目的：

亚共析钢：降低原珠光体类组织的硬度以便于切削加工；消除内应力。过共析钢：实质是球化退火的一种。§2-2常用退火工艺方法3、工艺要点：加热温度：Ac1+（20～30℃）其它与完全退火同

4、工艺原理：加热时基本不改变先共析相原来的形状及分布，只是使珠光体部分进行重结晶，使退火后珠光体片间距有所增大，硬度有所降低，内应力有所降低。要求冷却速度υ冷要低，这样S0↑，HB↓，同时可消除应力。§2-2常用退火工艺方法5、应用范围：①过共析钢——球化退火，要求原始组织不能有网状Fe3CⅡ。②亚共析钢锻件，由于其晶粒细，S0小，其硬度高，不易切削加工，则需进行不完全退火，以降低硬度，以利于切削加工。由于不完全退火加热温度低，保温时间不长，所以成本低，在不需改变先共析相F、Fe3CⅡ的情况下，尽量用不完全退火代替完全退火。§2-2常用退火工艺方法

五、球化退火定义：使钢中的碳化物球状化，或获得“球状珠光体”的退火工艺称为球化退火。目的：P25§2-2常用退火工艺方法§2-2常用退火工艺方法1、长时间加热球化退火工艺（方案1）工艺要点：加热温度：Ac1-（10～30℃）保温时间：决定于原始组织弥漫度与工件尺寸，一般几十到上百小时。T10钢球化退火组织(化染)500

§2-2常用退火工艺方法§2-2常用退火工艺方法

冷却速度：＜50℃/h，450℃以下方可空冷。

工艺原理：珠光体的球化。①球化热力学条件：片状渗碳体有自发转变为球状的条件，以减少表面能；②动力学条件：球化需要碳的扩散，所以要求有一定的加热温度t和保温时间τ，而且t↓则需τ↑。③机制：ⅰ片状渗碳体在亚晶界处溶断，在平直处沉积，最后达球化；ⅱ同时细小碳化物颗粒溶解，被长大的颗粒吸收并逐渐球化、长大。应用范围：过共析钢、合金结构钢，但要求原始组织碳化物的弥散度要大。但由于球化温度低，球化效果欠佳，且工艺周期长，所以一般很少采用这种方法。§2-2常用退火工艺方法2、往复球化退火（周期球化退火）——方案2

工艺要点：加热温度：Ac1+（10～20℃）

等温温度：Ar1-（20～30℃）

保温、等温时间：根据使工件透热或均温所需的时间而定。

循环次数：3～4次。

最后冷却速度：＜20℃/h，且以此速度冷至550℃方可空冷。§2-2常用退火工艺方法

工艺原理：由奥氏体转变为球化体。加热到Ac1+（10～20℃），钢中有残留的渗碳体颗粒，在保温中被球化，而且γ成分不均匀，存在高浓度碳偏聚区，当冷至Ar1-（20～30℃）保温，它们均作为渗碳体结晶中心，形成球状珠光体。反复加热可进一步溶断先共析Fe3C网，也加速球化过程。

应用范围：主要应用于工具钢。球化效果最好，工艺总时间少。由于是反复加热冷却，因此大工件或装炉量多的情况下难以实现，所以，该工艺只适用于小型工具。§2-2常用退火工艺方法§2-2常用退火工艺方法3、一次球化退火（普通球化退火）——方案3

工艺要点：t加：Ac1+（10～20℃）

τ保：一般4h

υ冷：合金钢：10～20℃/h，冷却到550℃以下方可空冷。碳钢：20～40℃/h§2-2常用退火工艺方法

工艺原理：同往复球化退火。但要求原始组织渗碳体弥散度要大（细片状P），不允许有渗碳体网存在，为获上述原始组织，一般退火前要进行预先正火。该工艺方案加热时奥氏体成分的均匀性对碳化物球化影响很大，A成分愈不均匀，愈容易得到球化组织，所以加热时的温度和保温时间不宜过高过长。§2-2常用退火工艺方法

应用范围：广泛应用于工具钢。其球化效果较好，但周期长，∵υ冷不易控制，∴影响到球化效果。§2-2常用退火工艺方法4、等温球化退火工艺要点：t加：Ac1+（20～30℃）τ保：工件透热即可。t等：Ar1-（20～30℃）τ等：取决于TTT曲线及工件截面尺寸，等温后空冷。§2-2常用退火工艺方法

工艺原理：同一次球化退火。

应用范围：广泛应用于工模具钢。其球化充分，易控制，球化组织与性能能适当调整，工艺周期短，也适合大型工件。六、再结晶退火……临界温度以下退火

1、定义：P282、目的：P283、工艺要点：

加热温度：T再+150～250℃

（理论再结晶温度T再≈0.4TM熔点）钢：650～700℃，Cu合金600～700℃，Al合金350～400℃

保温时间：0.5～1h。

冷却：空冷。§2-2常用退火工艺方法4、工艺原理：略5、应用范围：此工艺用于需进一步冷变形钢件（或有色合金）的中间退火（例如：多次冷拔时的中间退火），或冷变形制器的最终热处理。§2-2常用退火工艺方法七、消除应力退火……P281、工艺要点：加热温度：＜A1

碳钢及低合金钢：550～650℃

高合金工具钢：600～750℃

加热速度：100～150℃/h

保温时间：3～5min/mm

冷却速度：炉冷50～100℃/h。低一点更好。

§2-2常用退火工艺方法2、工艺原理：加热时，钢的原子间距↑，钢的塑性↑，产生应力松驰。为达到好的效果可↑t加，但氧化严重，所以不能随意提高加热温度。

3、应用范围：应用于铸、锻、焊件的应力消除，在不改变组织结构的条件下采用此方法。对精密制件，在切削加工后也可进行消除应力退火，以提高制件精度。§2-2常用退火工艺方法§2-3钢的正火第二章退火和正火正火是将钢材或钢件加热到Ac3（或Accm）以上适当温度，保温适当时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理的工艺。§2-3钢的正火1、工艺要点：加热温度：要足够高，要求得到均匀的单相奥氏体组织。

Ac3（或Accm）+（30～50℃）加热速度：一般为热炉装料，加热速度快。保温时间：以工件透热为准。冷却速度：空冷。§2-3钢的正火2、工艺原理：加热奥氏体化，利用重结晶细化晶粒。由于加热温度高，奥氏体成分均匀→正火后得到片状珠光体。由于冷却速度大（与退火比），所以S0小，其强度、硬度＞退火状态。由于冷却速度大（与退火比），所以先共析相的量少，伪共析体量多，甚至能抑制先共析相，§2-3钢的正火同时珠光体团尺寸小，所以其强度、韧性＞退火状态。3、正火时应考虑的问题……P29第二章退火和正火§2-