《热处理原理与工艺》 课件 第八章 钢的退火和正火

热处理原理与工艺钢的退火第八章钢的退火和正火钢的退火和正火退火和正火是生产上应用广泛的热处理工艺，一般作为毛坯件的预备热处理。大部分机器零件及工模具的毛坯经退火和正火后，不仅可以消除铸件、锻件及焊接件的内应力及成分和组织的不均匀性，还能改善和调整钢的力学性能和工艺性能，为下道工序做好组织准备。对于一些受力不大、性能要求不高的机器零件，退火和正火也可作为最终热处理。◆钢的退火◆钢的正火◆退火和正火的选择钢的退火和正火钢的退火目的（四化）：（1）降低硬度，提高塑性（软化）（2）细化晶粒，消除组织缺陷（细化）（3）消除内应力（稳定化）（4）消除偏析（均匀化）定义：

将钢件加热到适当温度（Ac1

以上或以下），保持一定时间，然后缓慢冷却（如随炉冷却）以获得近于平衡状态组织的热处理工艺称为退火。钢的退火分类：第一类：在临界温度以上的退火，又称相变重结晶退火。

包括完全退火、球化退火、扩散退火等。第二类：在临界温度以下的退火。

包括再结晶退火、去应力退火等。定义：将工件加热到Ac3+30~50℃，保温后随炉冷却到500℃以下，在空气中冷却退火工艺，主要用于亚共析钢。目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，便于切削加工，并为加工后零件的淬火作好组织准备。应用：多用于铸、焊件及中碳钢和中碳合金钢锻轧件等。一、完全退火钢的退火

中碳钢（铸件、锻（轧）件、焊接件）：

通过完全退火或正火，使钢的晶粒细化，组织均匀，魏氏组织难以形成，并能消除带状组织。WHY？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、塑性和冲击韧度

显著降低。钢的退火一、完全退火一般碳钢或低合金钢工件，在箱式炉中的保温时间：对常用结构钢、弹簧钢及热作模具钢钢锭，保温时间:对亚共析钢锻、轧钢材，保温时间可稍短于钢锭的退火:钢的退火一、完全退火D工件有效厚度（mm）；K加热系数，一般取1.5~2.0min/mm。装炉量大时，延长保温时间。完全退火时的冷却速度应缓慢，一般碳钢应小于200℃/h，低合金钢应降至100℃/h，高合金钢的冷却速度应更小，一般为50℃/h。

τ时间（h）Q为装炉量（t）钢的退火二、不完全退火

定义：将钢加热到Ac1~Ac3（亚共析钢）或Ac1~Accm（过共析钢）之间，保温后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺称为不完全退火。

“不完全”是指两相区加热时只有部分组织进行了相变重结晶，其目的是消除因热加工所产生的内应力，使钢件软化，改善工具钢的可加工性。正是由于加热到两相区温度，仅使珠光体发生相变重结晶转变为奥氏体，因此基本上不改变先共析铁素体或渗碳体的形态及分布。钢的退火二、不完全退火应用：应用于大批量生产的亚共析钢锻件。

如果亚共析钢锻件的锻造工艺正常，原始组织中的铁素体已均匀、细小，只是珠光体的片间距小、内应力较大，那么只要在Ac1~Ac3温度区间进行不完全退火，即可使珠光体的片间距增大，硬度有所下降，内应力也有所减小。不完全退火加热温度较完全退火低，工艺周期也较短，消耗热能较少，可降低成本，提高生产效率。

过共析钢的不完全退火，实质上是球化退火的一种。三、等温退火定义：亚共析钢加热到Ac3+30~50℃，共析、过共析钢加热到Ac1+30~50℃，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留（待奥氏体转变为珠光体），待相变完成后出炉空冷。目的：

缩短工件在炉内停留时间；组织与性能比完全退火更均匀；更适合于孕育期长的合金钢。钢的退火四、球化退火定义：

将工件加热到Ac1+10-20℃保温后缓冷，或者加热后冷却到略低于Ar1的温度下保温，使碳化物球化后出炉空冷。目的：使碳化物球状化，降低硬度，改善切削加工性能。为以后的淬火作组织准备。应用：

主要用过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具、量具、模具所用的钢种）。钢的退火钢的退火四、球化退火碳素工具钢（T7~T10）的几种球化退火工艺a）一次球化退火

b）等温球化退火

c）往复球化退火球化比较充分，效果较好，但周期比较长，能耗较大，生产率比较低球化很充分，易控制，退火周期比较短，适宜于大件的球化退火适用于前两种工艺难于球化的钢种，但在操作和控制上比较繁琐钢的退火四、球化退火注：若球化退火前钢中有严重的网状碳化物的存在，在球化退火前应先进行正火，来消除网状渗碳体轴承钢◆淬火效果均一；◆减少淬火变形；◆提高淬火硬度；◆改善工件切削性能；◆提高耐磨性和抗点蚀性等轴承的性能。工具钢◆淬火效果均一；◆抑制淬裂、淬弯等现象;◆提高耐磨性、刀刃锋利程度及使用寿命。如在淬火前实施球化退火，即可获得下列效果：钢的退火四、球化退火五、均匀化退火（扩散退火）目的：减少金属铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组织的不均匀性，改善钢的组织，提高钢的力学性能。定义：在材料不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高（AC3+150~200℃）的温度，并长时间保温（10~15h），待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓慢冷却的热处理工艺。钢的退火加热温度：碳钢1100-1200℃、合金钢1200-1300℃加热速度：常控制在100~200℃/h保温时间：即按截面厚度每25mm保温30~60min

或按每1mm厚度保温1.5~2.5min来计算。

若装炉量较大，可按下式计算五、均匀化退火（扩散退火）钢的退火

τ时间（h）Q为装炉量（t）一般扩散退火保温时间不超过15h，否则氧化烧损严重。冷却速度：一般为50℃/h，高合金钢为20~30℃/h，通常降温到600℃以下即可出炉空冷，但高合金钢和高淬透

性钢最好冷至350℃左右出炉，以免产生应力及硬度偏高。扩散退火后钢的晶粒粗大，必须进行一次完全退火或正火来细化晶粒，消除过热缺陷，为随后热处理做好准备。钢的退火五、均匀化退火（扩散退火）定义：将工件加热到AC1-(100~200)

℃，保温一定时间后逐渐缓慢冷却的工艺方法。（不引起组织变化）

目的：

去除由于机械加工、变形加工、铸造、锻造、热处理以及焊接后等产生的残余应力。钢和焊接件：500~600℃铸铁：500~550℃钢的退火六、去应力退火钢的退火六、去应力退火定义：将冷形变后的金属加热到再结晶温度+（100~200）℃，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒。目的：降低硬度，提高塑性，以便加工继续进行，因此，再结晶退火是冷作加工后钢的中间退火。钢的退火七、再结晶退火钢的正火第八章钢的退火和正火热处理原理与工艺◆钢的退火◆钢的正火◆退火和正火的选择钢的退火和正火钢的正火定义：

将钢加热到Ac3或Accm以上30~50℃，保温一定时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却（大件也可采用鼓风或喷雾），得到珠光体类型组织的热处理工艺。目的：

获得一定硬度，细化晶粒，并得到较均匀的组织和性能；正火处理也常用来消除某些处理缺陷。正火后的组织：

共析钢:S

亚共析钢：F（少）+S

过共析钢：Fe3CⅡ（少，

不连续)＋S正火是工业上常用的热处理工艺之一，既可作为预备热处理工艺，为随后的最终热处理工艺提供适宜的组织状态，也可作为最终热处理工艺，提供合适的力学性能。正火比退火冷却速度大！钢的正火①改善低碳钢（ωC<0.25%）的切削加工性能。②消除热加工缺陷。

中碳结构钢铸、锻、轧件以及焊接件后出现晶粒粗大、带状组织等，通过正火达到细化晶粒、均匀组织、消除内应力的目的。

③消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火。

④提高普通结构零件的机械性能。

一些受力不大、性能要求不高的碳钢和合金钢零件采用正火处理，达到一定的综合力学性能，可以代替调质处理，作为零件的最终热处理。

应用：钢的正火工艺：钢的正火一般釆用热炉装料，加热过程中工件内温差较大。为了缩短工件在高温时的停留时间，心部又能达到要求的加热温度，需釆用稍高于完全退火的温度，保温时间以工件烧透为准。并不是说空冷就是正火！钢的正火钢的正火正火可以提高零件的硬度、强度、耐磨性：正火可避免在淬火时产生裂纹:退火和正火的选择第八章钢的退火和正火热处理原理与工艺◆钢的退火◆钢的正火◆退火和正火的选择钢的退火和正火退火和正火的选择退火得到的是平衡态组织，正火得到的主要是珠光体型组织。亚共析钢：与退火相比，正火的珠光体是在较大的过冷度下得到的，析出的先共析铁素体较少，珠光体（伪共析）数量较多，珠光体片间距较小，而且由于转变温度较低，珠光体形核率较大，珠光体团的尺寸也较小。过共析钢：与完全退火相比，正火不仅降低珠光体的片间距及团直径，还可以抑制先共析网状渗碳体的析出。退火和正火的选择退火和正火的选择退火（主要指完全退火）与正火在组织上有上述差异，因而在性能上也不同。

亚共析钢：正火态的强度和韧性高于退火态，二者的塑性相近。

过共析钢：完全退火有网状渗碳体存在，其强度、硬度、韧性均低于正火态，但球化退火时得到球状珠光体，其综合性能优于正火态。退火和正火的选择：退火和正火的选择1）ωC<0.25%的钢，在没有其它热处理工序时，可用正火来提高硬度。对渗碳钢，用正火消除锻造缺陷并提高切削加工性能。对这类钢，只有形状复杂的大型铸件，才用退火消除铸造应力。2）ωC=0.25%~0.50%的钢，一般采用正火。其中，碳含量在0.25%~0.35%的钢正火后硬度接近于最佳切削加工硬度，若钢的碳含量较高，正火后硬度虽稍高（200HBS），但正火生产率高，成本低，仍釆用正火。对这类钢，只有合金元素含量较高时才采用完全退火。3）ωC=0.50%~0.75%的钢，一般釆用完全退火。因为碳含量较高，正火后硬度太高，不利于切削加工，退火后的硬度正好适宜于切削加工。对这类钢，多在淬火回火状态下使用，因此一般工序安排是以退火降低硬度，然后进行切削加工，最终进行淬火和回火。退火和正火的选择：退火和正火的选择4）ωC=0.75%~1.0%的钢，有的用来制造弹簧，有