熱處理的退火工藝及目的和方法

         退火是一種金屬熱處理工藝，指的是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻。目的是降低硬度，改善切削加工性;消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向;細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。準(zhǔn)確的說(shuō)，退火是一種對(duì)材料的熱處理工藝，包括金屬材料、非金屬材料。而且新材料的退火目的也與傳統(tǒng)金屬退火存在異同。

一、退火工藝

　　將金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻），的熱處理工藝叫做退火。

　　退火的實(shí)質(zhì)是將鋼加熱到奧氏體化后進(jìn)行珠光體轉(zhuǎn)變，退火后的組織是接近平衡后的組織。

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　　1）降低鋼的硬度，提高塑性，便于機(jī)加工和冷變形加工；

　　2）均勻鋼的化學(xué)成分及組織，細(xì)化晶粒，改善鋼的性能或?yàn)榇慊鹱鹘M織準(zhǔn)備；

　　3）消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，以防變形和開(kāi)裂。

　　退火和正火主要用于預(yù)備熱處理，對(duì)于受力不大、性能要求不高的零件，退火和正火也可作為最終熱處理。

　?。?、退火方法的分類

　　常用的退火方法，按加熱溫度分為： 臨界溫度（Ac1或Ac3）以上的相變重結(jié)晶退火：*退火、擴(kuò)散退火、不*退火、球化退火。

臨界溫度（Ac1或Ac3）以下的退火：再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火。

　    3、*退火

　　工藝：將鋼加熱到Ac3以上20~30℃，保溫一段時(shí)間后緩慢冷卻（隨爐）以獲得接近平衡組織的熱處理工藝（*奧氏體化）。

　　*退火主要用于亞共析鋼（wc=0.3~0.6%），一般是中碳鋼及低、中碳合金鋼鑄件、鍛件及熱軋型材，有時(shí)也用于它們的焊接件。低碳鋼*退火后硬度偏低，不利于切削加工；過(guò)共析鋼加熱至Accm以上奧氏體狀態(tài)緩慢冷卻退火時(shí)，F(xiàn)e3CⅡ會(huì)以網(wǎng)狀沿晶界析出，使鋼的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性顯著降低，給最終熱處理留下隱患。

　　目的：細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度和改善鋼的切削加工性。 亞共析鋼*退火后的組織為F+P。實(shí)際生產(chǎn)中，為提高生產(chǎn)率，退火冷卻至500℃左右即出爐空冷。

　　4、等溫退火

　　*退火需要的時(shí)間長(zhǎng)，尤其是過(guò)冷奧氏體化比較穩(wěn)定的合金鋼。如將奧氏體化后的鋼較快地冷至稍低于Ar1溫度等溫，是A轉(zhuǎn)變?yōu)镻，再空冷至室溫，可大大縮短退火時(shí)間，這種退火方法叫等溫退火。

　　工藝：將鋼加熱到高于Ac3(或Ac1)的溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間后，較快冷卻到珠光體區(qū)的某一溫度，并等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，然后空冷至室溫的熱處理工藝。

　　目的：與*退火相同，轉(zhuǎn)變較易控制。

　　適用于A較穩(wěn)定的鋼：高碳鋼（wc>0.6％）、合金工具鋼、高合金鋼(合金元素的總量>10％)。等溫退火還有利于獲得均勻的組織和性能。但不適用于大截面鋼件和大批量爐料，因?yàn)榈葴赝嘶鸩灰资构ぜ?nèi)部或批量工件都達(dá)到等溫溫度。

二、不*退火

　　             工藝：將鋼加熱到Ac1~Ac3(亞共析鋼)或Ac1~Accm(過(guò)共析鋼)經(jīng)保溫后緩慢冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。

　　主要用于過(guò)共析鋼獲得球狀珠光體組織，以消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性。球化退火是不*退火的一種。

三、球化退火

　　使鋼中碳化物球狀化，獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。

　　工藝：加熱至Ac1以上20~30℃溫度，保溫時(shí)間不宜太長(zhǎng)，一般以2~4h為宜，冷卻方式通常采用爐冷，或在Ar1以下20℃左右進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間等溫。

　　主要用于共析鋼和過(guò)共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。過(guò)共析鋼經(jīng)軋制、鍛造后空冷的組織是片層狀的珠光體與網(wǎng)狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，在以后的淬火過(guò)程中也容易變形和開(kāi)裂。球化退火得到球狀珠光體，在球狀珠光體中，滲碳體呈球狀的細(xì)小顆粒，彌散分布在鐵素體基體上。球狀珠光體與片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時(shí)，奧氏體晶粒不易粗大，冷卻時(shí)變形和開(kāi)裂傾向小。如果過(guò)共析鋼有網(wǎng)狀滲碳體存在時(shí)，必須在球化退火前采用正火工藝消除，才能保證球化退火正常進(jìn)行。

　　目的：降低硬度、均勻組織、改善切削加工性為淬火作組織準(zhǔn)備。 球化退火工藝方法很多，主要有：

　　a)一次球化退火工藝：將鋼加熱到Ac1以上20~30℃，保溫適當(dāng)時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻。要求退火前原始組織為細(xì)片狀珠光體，不允許有滲碳體網(wǎng)存在。

　　b)等溫球化退火工藝：將鋼加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進(jìn)行等溫（一般在Ar1以下10~30℃）。等溫結(jié)束后隨爐緩冷到500℃左右即出爐空冷。有周期短，球化組織均勻，質(zhì)量易控等優(yōu)點(diǎn)。

　　c)往復(fù)球化退火工藝。

三、擴(kuò)散退火（均勻化退火）

　　工藝：將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下長(zhǎng)時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。

　　目的：消除鑄錠在凝固過(guò)程中產(chǎn)生的枝晶偏析及區(qū)域偏析，使成分和組織均勻化。

　　擴(kuò)散退火的加熱溫度很高，通常為Ac3或Accm以上100~200℃，具體溫度視偏析程度及鋼種而定，保溫時(shí)間一般為10~15小時(shí)。擴(kuò)散退火后需*退火及正火處理，以細(xì)化組織。應(yīng)用于一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件及鋼錠。

四、去應(yīng)力退火

　　工藝：將鋼件加熱至低于Ac1的某一溫度（一般為500~650℃），保溫，然后隨爐冷卻。去應(yīng)力退火溫度低于A1，因此去應(yīng)力退火不引起組織變化。

　　目的：消除殘余內(nèi)應(yīng)力。

五、再結(jié)晶退火

　　再結(jié)晶退火又稱中間退火，是把冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保持適當(dāng)時(shí)間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻容S晶粒而消除加工硬化和殘余應(yīng)力的熱處理工藝。

　　再結(jié)晶現(xiàn)象的產(chǎn)生，首先必須有一定量的冷塑性變形，其次必須加熱到一定溫度以上。發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象的最、低溫度稱為最、低再結(jié)晶溫度。一般金屬材料的最、低再結(jié)晶溫度為：

　　T再=0.4T熔

　　再結(jié)晶退火的加熱溫度應(yīng)比最、低再結(jié)晶溫度高100~200℃（鋼材的最、低再結(jié)晶溫度為450℃左右），適當(dāng)保溫后緩慢冷卻。

六、退火方法的選用

　　再結(jié)晶退火的加熱溫度應(yīng)比最、低再結(jié)晶溫度高100~200℃（鋼材的最、低再結(jié)晶溫度為450℃左右），適當(dāng)保溫后緩慢冷卻。

　　退火方法的選用一般有以下幾個(gè)原則：

　　1）亞共析組織的各種鋼一般選用*退火，為了縮短退火時(shí)間，可以選用等溫退火；

　　2）過(guò)共析鋼一般選用球化退火，要求不高時(shí)，可以選用不*退火。工具鋼、軸承鋼常選用球化退火。低碳鋼或中碳鋼的冷擠壓件和冷鐓件有時(shí)也用球化退火；

　　3）為了消除加工硬化，可以選用再結(jié)晶退火；

　　4）為了消除各種加工過(guò)程中所引起的內(nèi)應(yīng)力，可以選用去應(yīng)力退火；z 有些高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金鋼的大型鑄鋼件，為了改善組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的不均勻性，常選用擴(kuò)散退火。