第二章 退火和正火

本章重点
退火、正火的定义、目的和分类；退火、正火后钢的组织和性能。 退火、正火的定义、目的和分类；退火、正火后钢的组织和性能。
本章难点
常用退火工艺方法中的再结晶退火和消除应力退火
热处理工艺种类 根据加热和冷却方法不同 普通热处理：退火、正火、 普通热处理：退火、正火、淬火和回火 表面热处理：表面淬火、 表面热处理：表面淬火、化学热处理 特殊热处理：真空热处理、变形热处理、 特殊热处理：真空热处理、变形热处理、控制气 氛热处理
3 应用 晶粒未粗化的中、高碳钢和低合金钢锻轧铸件。 晶粒未粗化的中、高碳钢和低合金钢锻轧铸件。 4 优点 加热温度低，消耗热能少，降低工艺成本。 加热温度低，消耗热能少，降低工艺成本。
2.2.4 球化退火 1 定义 将钢中的碳化物球状化，或获得‘球状珠光体’的 将钢中的碳化物球状化，或获得‘球状珠光体’ 退火工艺。 退火工艺。 2 目的 降低硬度，改善切削加工性能；获得均匀组织， 降低硬度，改善切削加工性能；获得均匀组织，改 善热处理工艺性能；同时为后续淬火作好组织准备。 善热处理工艺性能；同时为后续淬火作好组织准备。
2.2.2 等温退火 1 定义 将亚共析钢加热到Ac3以上 以上20~30℃，共析、过共 将亚共析钢加热到 ℃ 共析、 析钢加热到Ac 以上20~30℃，保温一定时间后，快冷 析钢加热到 1以上 ℃ 保温一定时间后， 以下某一温度等温，使奥氏体转变成珠光体， 至Ar1以下某一温度等温，使奥氏体转变成珠光体，然 后出炉空冷的热处理工艺 热处理工艺。 后出炉空冷的热处理工艺。
2 目的 与完全退火相同 3 应用 中碳合金钢、经渗碳处理的低碳合金钢、 中碳合金钢、经渗碳处理的低碳合金钢、某些高 合金钢的大型铸锻件及冲压件。 合金钢的大型铸锻件及冲压件。 4 优点 缩短退火时间， 缩短退火时间，特别是对于某些奥氏体比较稳定 的合金钢。 的合金钢。
炉冷 Ac3 Ac1 Ar1 500℃以下空冷 ℃
临界温度
2.1 退火和正火的定义、目的和分类 退火和正火的定义、 一 退火 1 定义 将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温 保持一定时间，然后缓慢冷却以达到接近平衡状态 缓慢冷却以达到接近 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 的热处理工艺。 组织的热处理工艺。 2 目的 均匀化学成分、改善力学性能及工艺性能、 均匀化学成分、改善力学性能及工艺性能、消除或 减少内应力、为零件最终热处理准备合适的内部组织。 减少内应力、为零件最终热处理准备合适的内部组织。
或者： 或者：将亚共析钢加热到 Ac3+（20~30℃），保温后随 （ ℃），保温后随 炉缓慢冷却到500 ℃以下后在空气中继续冷却 。 炉缓慢冷却到
炉冷 Ac3 Ac1 空冷
完全退火
4 加热温度 不宜太高， 点以上20~30℃，适用于含碳 不宜太高，在Ac3点以上 ℃ 0.30~0.60%的中碳钢。 的中碳钢 低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火，为什么？ 低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火，为什么？ 5 加热速度 100~200℃/h； ℃ ；
片状自发变成球状
（3） 缺点 ） 一次（液析） 一次（液析）碳化物 球化方式： 球化方式：合理的锻造工艺和适当的扩散退火 二次（先共析） 二次（先共析）碳化物 共析碳化物 方案1很难实现球化 方案 很难实现球化
2）方案2 ）方案 往复球化退火。这是一种周期退火，目的是加速球 往复球化退火。这是一种周期退火， 化过程。 化过程。 把钢先加热到略高于Ac 点的温度保温一段时间， 把钢先加热到略高于 1点的温度保温一段时间， 而后又冷却至略低于Ar 的温度保温一段时间后， 而后又冷却至略低于 1的温度保温一段时间后，再重 复上述过程，最后空冷至室温，得球状珠光体。 复上述过程，最后空冷至室温，得球状珠光体。
渗碳体的溶解过程首先发生在渗碳体中的位错、 渗碳体的溶解过程首先发生在渗碳体中的位错、缺陷及亚晶界 处在这些地方出现棱角，表面曲率半径小，与之平衡的α-Fe中的碳 处在这些地方出现棱角，表面曲率半径小，与之平衡的 中的碳 浓度较高，而在渗碳体平面处α-Fe碳浓度较低，在α-Fe中产生浓度 碳浓度较低， 浓度较高，而在渗碳体平面处 碳浓度较低 中产生浓度 差而发生碳的扩散。由于碳的扩散， 差而发生碳的扩散。由于碳的扩散，使渗碳体在表面曲率半径小处 中碳浓度降低， 的α-Fe中碳浓度降低，为了维持平衡导致渗碳体的溶解，而在平面 中碳浓度降低 为了维持平衡导致渗碳体的溶解， 中的浓度升高， 中析出渗碳体。 处α-Fe中的浓度升高，为了维持平衡，自α-Fe中析出渗碳体。 中的浓度升高 为了维持平衡， 中析出渗碳体
τ
τ = 8.5 + Q / 4
——时间（h） 时间（ ） 时间
装炉量（ 装炉量 ） Q ——装炉量（t） 保温时间一般为10~15h，否则氧化损失过重。 ，否则氧化损失过重。 保温时间一般为
6 冷却速度 一般50℃ ； 一般 ℃/h； 高合金钢≤20~30℃/h； ℃ ； 高合金钢 扩散退火后晶粒非常粗大， 扩散退火后晶粒非常粗大，需要再进行完全退火或 晶粒非常粗大 正火。 正火。
② 保温时间 延长保温时间， 中碳浓度趋于均匀→P片出现。 出现。 延长保温时间，使A中碳浓度趋于均匀 中碳浓度趋于均匀 保温时间一般为4小时； 保温时间一般为 小时； 小时
③ 冷却速度 冷却速度在20℃/h 冷却速度在 ℃
2.2.5 再结晶退火 1 定义 冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当 冷变形后的金属加热到再结晶温度以上， 时间，使形变晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒， 时间，使形变晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒，以消除 形变强化和残余应力的热处理工艺。 形变强化和残余应力的热处理工艺。 2 目的 消除冷作硬化、提高延展性（塑性）、改善切削性 消除冷作硬化、提高延展性（塑性）、改善切削性 ）、 能及压延成型性能。 能及压延成型性能。
3 球化退火工艺种类 1）方案1 ）方案1 低于Ac 低于 1点温度的球 化退火。 化退火。该种工艺方法 是把退火钢材加热到略 低于Ac 的温度， 低于 1的温度，经长 时间保温，使碳化物由 时间保温，使碳化物由 片状变成球状的方法。 片状变成球状的方法。
（1） 依据 ） G片状＞G球状 （2） 球化机理 ）
完全退火 等温退火
2.2.3 不完全退火 1 定义 将钢件加热到Ac1和Ac3（Accm）或之间，经保温 将钢件加热到 并缓慢冷却，以获得接近平衡的组织的热处理工艺。 并缓慢冷却，以获得接近平衡的组织的热处理工艺。 2 目的 降低硬度、改善切削性能、消除内力； 降低硬度、改善切削性能、消除内力；
6 保温时间 1） 常用结构钢、弹簧钢、热做模具钢钢锭 ） 常用结构钢、弹簧钢、
τ = 8.5 + Q / 4
Q ——装炉量（t） 装炉量（ 装炉量 ）
2） 对亚共析钢锻轧钢材 ）
τ = (3 ~ 4) + (0.4 ~ 0.5)Q
Q ——装炉量（t） 装炉量（ 装炉量 ）
7 冷却速度 特点：缓慢 特点： 碳钢：＜ ℃ ； 碳钢：＜200℃/h； ：＜ 低合金钢： ℃ ； 低合金钢：100℃/h； 高合金钢： ℃ ； 高合金钢：50℃/h；
（1） 球化机理 ）
点以上温度过程中， 在把钢加热到Ac1点以上温度过程中，先共析网状碳化物溶 把钢加热到 凝聚。 虽在加热到高于Ac1点以上时应转变奥氏体，但 点以上时应转变奥氏体， 断、凝聚。而P虽在加热到高于 虽在加热到高于 点以上时应转变奥氏体 由于温度仅稍高于Ac 中渗碳体溶解需要较长时间， 由于温度仅稍高于 1点，P中渗碳体溶解需要较长时间，往往 中渗碳体溶解需要较长时间 只能使渗碳体片溶断，残留着渗碳体颗粒。有的即使溶解， 只能使渗碳体片溶断，残留着渗碳体颗粒。有的即使溶解，但 在渗碳体片溶解处还保留着高浓度碳聚集区，当冷至略低于Ar 在渗碳体片溶解处还保留着高浓度碳聚集区，当冷至略低于 1 点的温度保温进行P转变时 转变时， 点的温度保温进行 转变时，将以这些残存渗碳体或碳富集区 作为渗碳体的结晶中心，渗碳体在此析出， 作为渗碳体的结晶中心，渗碳体在此析出，因而形成球状珠光 体。
3 加热温度 Ac3或Accm以上150~300℃ 以上 ℃ 1100~1200℃ 碳 钢：1100~1200℃； 合金钢： 合金钢：1200~1300℃； ℃ 铜合金： 铜合金：700~950℃； ℃ 铝合金： 铝合金：400~500℃； ℃ 4 加热速度 100~200℃/h； ℃ ；
5 保温时间 1） 经验公式计算 ） 一般按截面厚度每25mm保温 保温30~60分钟，或按每毫 分钟， 一般按截面厚度每 保温 分钟 米保温1.5~2.5分钟来计算。 分钟来计算。 米保温 分钟来计算 2） 若装炉量大，可按下式计算 ） 若装炉量大，
第二章 退火和正火
主要内容
退火、正火的定义、 退火、正火的定义、目的和分类 常用退火工艺方法 钢的正火 退火、 退火、正火后钢的组织和性能 退火、 退火、正火缺陷
基本要求
掌握退火、正火的定义、目的和分类；常用退火工艺方法；钢的正火； 掌握退火、正火的定义、目的和分类；常用退火工艺方法；钢的正火； 退火、正火后钢的组织和性能以及退火、正火缺陷。 退火、正火后钢的组织和性能以及退火、正火缺陷。
3 工艺种类 1） 钢件 ） 临界温度以上 完全退火 不完全退火 扩散退火 球化退火 软化退火 再结晶退火 去应力退火
取决于加热温度、保 取决于加热温度、 温时间、 温时间、冷却速度及 等温温度等。 等温温度等。
临界温度以下
取决于加热温度的 均匀性。
软化退火热处理是将工件加热到600℃至650℃范围内 ℃ 软化退火热处理是将工件加热到 ℃ 温度下方），维持一段时间之后空冷， ），维持一段时间之后空冷 （A1温度下方），维持一段时间之后空冷，其主要目的在 于使以加工硬化的工件再度软化、回复原先之韧性， 于使以加工硬化的工件再度软化、回复原先之韧性，以便 能再进一步加工。 能再进一步加工。此种热处理方法常在冷加工过程反覆实 故又称之为制程退火。大部分金属在冷加工后， 施，故又称之为制程退火。大部分金属在冷加工后，材料 强度、硬度会随着加工量渐增而变大，也因此导致材料延 强度、硬度会随着加工量渐增而变大， 性降低、材质变脆，若需要再进一步加工时， 性降低、材质变脆，若需要再进一步加工时，须先经软化 退火热处理才能继续加工。 退火热处理才能继续加工。