第4章 退火和正火

表4-3

冷却速度：缓冷以保证珠光体转变，避免硬度过高。碳钢 100~200º C/h，合金钢50~150º C/h，高合金钢50º C/h 出炉温度：缓冷到500 º C出炉空冷。

45钢经热轧后的P+F带状偏析 200X
45钢的带状偏析经830º C完全退火后消除
二、不完全退火

定义：将钢件加热到Ac1和Ac3（或Accm ）之间，

金属热处理工艺学： 在一般固态相变原理基础上，着重研究钢铁 热处理工艺、原理对组织性能的影响规律。
不同冷却速率对45钢力学性能的影响
力 学 性 能
冷却方式
硬度 （HRC） 15-18 18-24 40-50 52-60
σb（MPa） σs（MPa） δ（%）
随炉冷却 空气冷却 油冷却 水冷却 519 657-706 882 1078 272 333 608 706 32.5 15-18 18-20 7-8
2、普通球化退火(一次球化退火）



定义：加热到稍高于Ac1的温度（760~780C），适当保温 后缓冷。 要求：退火前的原始组织为细片状珠光体（正火处理）。 球化机理：加热到稍高于Ac1点，使奥氏体中只有未来得及 溶解的渗碳体粒子或富碳区。 特点：球化较充分，周期长。

应用：主要用于共析钢和过共析钢的预先热处理。目前 生产上最常用的球化退火工艺。 加热温度： Ac1+(10~20 C) 保温时间：取决于工件透烧时间，不易过长， 4小时左 右。 冷却速度： 10~20 C /h缓冷到550 C空冷。碳钢的冷却 速度可稍快些20~40 C /h 加热温度越高，保温时间越长，冷却时越易出现片状珠 光体，不易球化


完全退火热处理工艺：

加热温度： Ac3+（20~40）º C，适用于含碳量为 0.30~0.60%的中碳钢。低碳钢加热温度为960~1100º C(高 温退火)，以提高切削性能。表4-1 加热速度：碳钢150~200º C/h，合金钢50~100º C/h。 保温时间：取决于工件透烧时间和完成组织转变所需时间。
3）提高热处理工艺性，为后续热处理作组织准备。 4）消除各类铸、锻、焊、冶金、热加工过程中的缺 陷； 5）改善元素分布：扩散退火； 应用：可作为预先热处理，也可作最终热处理。 规律：遵循奥氏体形成和珠光体转变的基本规律。
6）消除应力、稳定零件几何尺寸，避免变形开裂等。



退火工艺分类：
按加热温度分为： 扩散退火、完全退火、不完全退火、球化退火；
一、金属加热的物理过程： 1.对流传热：

热量的传递靠发热体与工件之间的气体或液体的相对 流动，将受热质点传导给较冷的金属表面进行加热的 过程。 单位时间内通过热交换面对流传热给工件的热量与对 流给热系数及温度成正比。
Q=cF(t介-t工)


影响对流给热系数的因素：流体运动情况、流体的物 理性质、工件表面形状及在炉内放臵位臵。
钢在加热时加热速度越快，相变临界点的温度提高越多， 奥氏体形成的各个阶段均移向较高的温度，完成奥氏体化的
时间越短。并使奥氏体形成时的起始晶粒细化，随之淬火可
使工件具有高的表面硬度、强度、耐磨性，塑韧性也较高。 但快速加热产生的热应力大，易产生变形、扭曲、开裂。
（1）允许的加热速度：与钢的化学成分、工件尺寸及加热 的温度范围有关。可用传热学公式进行预测计算，并考虑 塑性的影响。 （2）可能的加热速度：取决于加热设备的热量、加热介质
（2）全脱碳层：脱碳层组织自表面至中心为 铁素体铁素体+珠光体珠光体一定含碳量的 退火组织
四、加热介质的选择
1、真空加热：

在低于一个大气压的稀薄空气中加热。
只能减轻氧化现象，但氧化速度极慢，所 以可避免氧化、脱碳。
工件加热时保护其表面不氧化、不脱碳的 气氛。
2、保护气氛：

第一节 退火的定义、目的和分类

2）炉气的碳势： 碳势：纯铁与炉气平衡时表面含碳量， 碳平衡。
3）钢加热时的脱碳过程及脱碳层的组织特点:

当炉气碳势低于钢中的含碳量时，钢的表面将发 生脱碳。包括钢件表面的碳与炉气发生化学反应； 工件内部碳向表面的扩散。
碳钢脱碳层有两种类型的组织：

（1）半脱碳层：脱碳层组织自表面至中心为
铁素体+珠光体珠光体一定含碳量的退火组织
第二章 退火和正火

教学目的：掌握退火和正火的热处理工 艺、目的等。 主要内容：退火和正火的基本含义、特 点、目的、工艺原理、工艺的选择等。


重点内容：退火和正火的热处理工艺、 目的、原理。
前 言

金属热处理工艺：
将工件放在一定的介质中加热、保温、冷却，
通过改变金属及合金表面或内部的组织结构
来控制其性能的工艺方法。
的类型、加热方式等。
加热方式：随炉加热、预热加热、到温入炉加热、高温入 炉加热。四种方式加热速度不同。 （3）快速加热：直径<700mm适用快速加热。对于大型工 件，在700C以下时采用低的加热速度（<20 C /h），
高温时用较高的加热速度（ 40 C /h左右 ）。
3、加热时间的确定
（1）加热时间的确定原则：
工艺参数：




3、等温球化退火

定义：将共析钢或过共析钢加热到Ac1+(20~30 C)， 保温，在Ar1-(20~30 C)等温。
4、周期球化退火：
在A1附近反复加热和等温，但每次时间较短，然后缓冷到 550C以下出炉空冷，得球状珠光体。此种组织淬火加热 时不易过热，冷却时又不易开裂。

目的：加速球化过程。
加热温度： Ac1+(10~20C) 等温温度：Ar1-(20~30C)
获得良好的综合力学性能。
片状珠光体的球化过程

将片状珠光体加热到略高于 A1温度保温，将使片状珠光 体球化，获得球状珠光体的 热处理过程称为球化退火。

片状渗碳体球化过程及原因：
第二相颗粒在其基体中的溶
解度和其曲率半径有关。
1、低温球化退火：



加热温度：把退火钢加热到低于Ac1点10~30C， 保温时间：长时间保温，使碳化物由片状变成球状，即片 状渗碳体球状化。几十到100小时。 冷却速度：<50C /h，450~500C空冷。 适用范围：高合金结构钢及过共析钢降低硬度；改善切削 加工性。原始组织粗大者不适用。 特点：球化效果较差，过程长，很少应用。
对流传热主要在600~700°C以下进行。

2.辐射传热：

由电磁波来传递热量的过程。物体受热后向各个方向放 射辐射能，被另一物体吸收后又转化为热能而实现加热。 金属在高于700C主要靠辐射作用。 辐射能的载体是电磁波，一定波长内的辐射能被物体吸 收后变为热能，并受隔热物、气体介质的影响。


计算公式：
2.
三、 等温退火

将钢件加热到高于Ac3(Ac1)温度以上，保温后 在P转变温度区间等温。 特点： 1.珠光体片均匀；来自2.提高退火炉的使用率。
四、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。 用途：主要用于含碳大于0.6%的各种高碳工模 具钢、轴承钢等。 钢中碳化物球化可以提高塑性、韧性、改善切 削加工性和减少最终热处理时的变形开裂倾向。
物体在单位时间内由单位表面积辐射的能量计算式为
T E c 100
4
辐射传热时工件表面所吸收的热量计算式
T1 4 T2 4 Q AnCo F 100 100
传导传热：

热量直接由工件的一部分传递到另一部分，依 靠传热物质质点间的相互碰撞传递热量。
因素有关。
1、加热温度的确定 （1）确定加热温 度的依据： 金属及合金的 状态图，具体 材料的热处理 工艺可查有关 手册。
（2）加热温度的确定：

理论依据：相变临界点、再结晶温度。 具体依据：工件的热处理目的，并受工件 的原材料、尺寸、加工过程等的影响。 选择加热温度是一个较复杂的多因素问题， 如图1-1中的程序方框图。

（3）加热温度不当导致的热处理缺陷

过烧：在粗大晶粒的晶界上出现局部熔化或氧化现象。如 高速钢，过烧会在晶界上产生莱氏体共晶，极易导致淬火 开裂。 过热：加热温度过高或保温时间过长将导致奥氏体晶粒剧 烈长大，在以后的退火或正火过程中形成粗大的铁素体、 马氏体等，晶间存在着明显的显微裂纹，易导致淬火开裂。 且晶粒粗化使材料的韧性、强度降低。


欠热：加热不足时，未充分奥氏体化，钢中的第二相未能 完全溶解、冶炼或热加工过程中的缺陷不能完全消除，会 发生淬火软点、硬度不均或不足、红硬性下降等。
T12钢 过烧 晶粒粗大，晶界氧化， 部分晶界熔化形成裂纹
2、加热速度的确定

依据：主要由被加热工件在单位时间内、单位面积上所接 受的热能来确定。且受材料的成分、工件的尺寸、以及热 处理工艺要求的不同所制约。

退火：将偏离平衡的金属或合金加热、保温和缓慢 冷却(炉冷)，使其组织结构达到或接近平衡状态的 热处理工艺。

目的：降低硬度、提高塑性、改善组织、改进元素 分布、消除内应力、改善工艺性，为最终热处理准 备合适的组织。
1）改善硬度、提高切削性(200~250HB)； 2）提高塑性，利于冷变形加工(再结晶退火)；
1、在临界温度以上的退火（发生相变重结晶）： 2、在临界温度以下的退火：再结晶退火、去应力退 火。

按退火目的不同分为：
均匀化退火(扩散退火)、改善切削加工性的退火 （完全退火或球化退火）、去除内应力的退火等。