第二章正火与退火

2.3 钢的正火
四、正火时要考虑的问题
1、含碳量较低的钢，可适当提高正火温度，增加过冷奥氏体的稳定性， 同时可增加冷却速度，以获得细片状P和减小先共析铁素体的量。 2、中碳钢根据成分和尺寸确定冷却方式，含碳量较高，合金元素较高的 材料要采用较慢的冷却速度。 3、过共析钢的正火，是为了消除网状渗碳体，加热时要使碳化物尽量溶 入奥氏体中，为了抑制先共析渗碳的析出，采用较大的冷却速度。
偏析和 疏松
枝晶偏 析 带状组 织（锻 造）
一、扩散性退火
2 工艺
（1）加热 加热温度： 一般扩散退火温度可选择在高于0.8～0.9T熔，但低于固相线 温度以防止过烧（晶界氧化或熔化） 。 即Ac3或Accm+150~300℃, 根据钢种和偏析程度而异。
碳钢一般选择1100～1200 ℃.
合金钢为使其共晶碳化物充分溶解，温度允许提高到1150～ 1250 ℃ 。 加热速度：100~200 ℃/h。
四、球化退火
2、球化退火的工 艺
获得球状珠光体的途径 片状P的低温球化（ 无相变） 由不均匀A冷却转变 为球状P
球化退火的工艺方案
四、球化退火
（1）方案一（低温球化退火）
是将钢加热到略低于Ac1温度长时间保温，使碳化物 球化的方法。
特点： 一次碳化物较为粗大，需要反复锻造和适当的扩散退火实现球化， 二次碳化物以网状存在，很难球化 P中共析碳化物也很难球化 低温球化退火时间很长(几十～几百小时)
四、球化退火
（2）方案2（往复球化退火）
特点： 球化效果好，球化速度快，但操作过程较为麻烦
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四、球化退火
（3）方案3（高温球化退火或一次球化退火）
球化退火原始组织为细片状的P，不允许网状渗碳体的存在，高于AC1加热时， A只存在渗碳体粒子或碳的富集区。在随后的冷却过程中作为结晶核心，形成球 状珠光体。 实际上是不完全退火，球化前需要进行一次正 火处理。
五、再结晶退火和去应力退火 2、去应力退火
五、再结晶退火和去应力退火
2.3 钢的正火
一、正火的定义、目的及组织
定义：
将钢材或钢件加热到（ Ac3或Acm）以上适当温度，保温适当时间 后在空气中冷却，得到珠光体组织的热处理工艺。
目的：
获得一定的硬度，细化晶粒，并获得比较均匀的组织和性能。
正火过程的实质： 是完全奥氏体化加伪共析转变。当钢的含碳量为0.6~1.4%时， 在正火组织中不出现先共析相，只存在伪共析珠光体和索氏体， 在含碳量小于0.6%的钢中，正火组织中还会出现少量铁素体。
四、球化退火
（4）等温球化退火

将钢加热到Ac1以上20~30℃，保温2~4h，快冷至Ar1以下 20 ℃左右，等温3~6h后，再随炉降至600 ℃出炉空冷。 具有球化速度快，操作简单，是目前生产中广泛应用的球化 退火工艺。

五、再结晶退火和去应力退火
1、再结晶退火
定义： 经过冷变形后的金属加热到再结晶温度以 上，保持适当时间，使形变晶粒重新转变为 均匀的等轴晶粒，以消除加工硬化和残余应 力的热处理工艺。 目的： 消除加工硬化，提高塑性，改善切削加工性 及成型性。 温度： 一般钢材再结晶退火温度常取650—700℃ ，铜合金为600～700℃，铝合金为350— 400℃。
1、含0.25％C以下的钢，用正火来提高强度。 2、对渗碳钢，用正火消除锻造缺陷及提高切削加工性能。但对含碳低于 0.20％的钢，应采用 高温正火。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。 3、对含碳0.25—0.50％的钢，一般采用正火。其中含碳0.25—0.35％钢，正火后其硬度接近 于最佳切削加工的硬度。对含碳较高的钢，硬度虽稍高(200HB)，但由于正火生产率高， 成本低，仍采用正火。只有对合金元素含量较高的钢才采用完全退火 4、对含碳0.50—0.75％的钢，一般采用完全退火。因为含碳量较高，正火后硬度太高，不利 于切削加工，而退火后的硬度正好适宜于切削加工。此外，该类钢多在淬火、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、回火。 5、含碳0.75～1.0％的钢，有的用来制造弹簧，有的用来制造刀具。前者采用完全退火作预 备热处理，后者则采用球化退火。当采用不完全退火法使渗碳体球化时，应先时行正火处 理，以消除网状渗碳体，并细化珠光体片。 6、含碳大于1.0％的钢用于制造工具，均采用球化退火作预备热处理。
工艺参数的影响
a、加热温度不能太高，否则 碳化物充分溶解，无结 晶核 ，而形成片状珠光体。 b、保温时间太长，A中碳浓度趋于均匀，也容易形成片状P，一般保温时间为4小 时左右 c、冷却速度，冷却速度增加，碳化物直径减小，冷却速度过大，P转变温度过低， 也会出现片状P。一般选择20℃/h 特点：需要进行一次正火处理，加热温度、保温时间和冷却速度较难控制。 心，不能形成粒状P
四、球化退火
1、定义、目的及应用
定义：
球化退火是使钢中的碳化物球化，获得粒状珠光体的一种热处理工艺。 它实际上是不完全退火的一种。 目的： a、降低硬度、改善切削加工性能。b、以及获得均匀的组织、改善热 处理工艺性能。c、为以后的淬火作组织准备。 主要应用：
共析钢、过共析钢和合金工具钢。
球化退火的 组织：粒状 珠光体

学生学习情况 通过本章的学习，对退火和正火的定义及目的有较为 清晰的认识，学会制定退火和正火的工艺。 教学目标
掌握退火及正火的定义、目的、分类、组织与性能等 相关基本知识，能够正确的制定退火及正火的工艺。


教学重点与难点
重点：退火及正火的组织与性能 难点：退火及正火工艺的制定

教学过程如下：
2 退火及正火
4、双重正火时，一次正火加热温度要高，以消除粗大组织，均匀成分，
二次正火正常进行，以细化组织。
2.4 钢的退火与正火的区别及选择原则
一、退火与正火的区别
1、组织区别 相同点：退火和正火所得到的均是珠光体型组织，或者说是铁素体和渗 碳体的机械混合物。 但是正火与退火比较时，正火的珠光体是在较大的过冷度下得到的，因 而对亚共析钢来说，析出的先共析铁素体较少，珠光体数量较多珠光体 片间距较小． 对过共析钢来说，若与完全退火相比较，正火不仅珠光体的片间距较小 ，而且可以抑制先共析网状渗碳体的析出，而完全退火的则有网状渗碳 体存在。 2、性能区别
2.3 钢的正火
三、正火的应用
1、改善钢的切削加工性能 碳的含量低于0.25％的碳素钢和低合金钢，退火后硬度较低，切削加工时易于“粘刀”， 且表面粗糙度很差，通过正火处理，可以减少自由铁素体，获得细片状珠光体，使硬度 提高，可以改善钢的切削加工性，提高刀具的寿命和工件的表面光洁程度。 2、消除中碳钢热加工缺陷。 中碳结构钢铸件、锻件、轧件以及焊接件，在热加工后容易出现魏氏组织、晶粒粗大等过 热缺陷和带状组织，通过正火可以消除这些缺陷，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。 过共析钢在淬火之前要进行球化退火，以便于进行机械加工，并为淬火作好组织准备， 但当过共析钢中存在严重的网状碳化物时，球化退火时将达不到良好的球化效果。通过 正火可以消除过共析钢中的网状碳化物，提高球化退火质量。 4、作为最终热处理，提高普通结构件的机械性能。 对于一些受力不大、性能要求不高的碳钢和合金钢结构件，可以采用正火处理达到一定 的综合机械性能。将正火作为最终热处理代替调质处理，可减少工序、节约能源、提高 生产效率。
一、扩散性退火
（2）保温时间：

保温时间通常根据钢件最大截面厚度计算，每25mm保温 30~60min, 或每1mm保温1.5~2.5min，

若装炉量较大，可按经验公式τ=8.5+Q/4(h)计算：式中Q为装炉 量(t)， 一般扩散退火的保温时间不超过15h。
（3）冷却： 保温后随炉冷却，冷速50℃/h,待冷至600℃以下出炉空冷。 高高合金及高淬透性钢≤ 20～30 ℃/h。350℃以下出炉
正火组织：（细珠光体） 共析钢S 、亚共析钢F+S、过共析钢Fe3CⅡ＋S
45钢的正火 组织
2.3 钢的正火
二、正火工艺



加热温度： Ac3 或Accm +30—50℃； 保温 保温时间：以工件透烧为准，完全奥氏体化，即以心 部达到所要求的加热温度为准。 冷却速度：冷却方式通常是将工件从炉中取出，放在 空气中自然冷却，对于大件也可采用鼓风或喷雾等方 法冷却。 （冷却速度比退火快）
一、扩散性退火
偏析的主要表现： （1）化学成分的不均匀性. （2）非金属夹杂物的不均匀性分布. （3）偏析区还形成大量显维及宏观的气泡，气 孔，组织疏松。 偏析的危害： 由于偏析存在使大量铸、锻件成 分及组织不均匀，存在很大组织应力，它直接 涉及到钢的热处理及其机械性能。
一、扩散性退火
带状偏 析


二、完全退火
（3）冷却
退火后的冷却速度应缓慢，以保证奥氏体在Ar1温度以下 不大的过冷条件下进行珠光体转变，避免硬度过高。 一般碳钢的冷却速度应小于200℃/h ， 低合金钢的冷却速度应为100℃/h， 高合金钢的冷却速度更小，一般为50℃/h出炉温度在 600℃以下。

二、完全退火（等温退火） 定义、目的及应用
二、完全退火
2 工艺
（1）加热
加热温度：完全退火不宜太高，一般在Ac3点以上20-30℃ 加热速度：加热速度：100~200℃/h。 （2）保温时间 与钢材的化学成分、工件的形状和尺寸、加热设备类型、装炉量以及装 炉方式等因素有关。

装炉量较大时,对于结构钢，弹簧钢及模具钢的钢锭，可按经验公式
τ=8.5+Q/4(h)计算 对于亚共析钢锻、轧件，一般可用下列经验公式计算保温时间 τ=(3-4)+(0.2～0.5)Q(h) 装炉量很小时，通常可以工件的有效厚度来计算， τ=KD （min）τ为保温时间，D 为工件有效厚度，K为加热系数，一般K 取1.5~2min/mm。
目的（与完全退火一样）： 细化晶粒，降低硬度，改善切削性能以及消除内力。 应用：中碳合金钢，高合金钢的大型铸锻件和冲压件
三、不完全退火
1、定义、目的及应用 定义：将钢加热至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。 由于加热到两相区温度，组织没有完全奥氏体化，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。 目的：降低硬度，改善切削性能以及消除内力。 主要应用：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，通过不完全退火，使珠光体 的片间距增大，使硬度有所降低，内应力有所减小 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，因此，对锻造工艺正常的亚共析钢锻件， 可采用不完全退火代替完全退火。
二、完全退火
1、定义、目的及应用
定义： 将钢件或钢材加热到Ac3点以上， 使之完全奥氏体化，然后缓慢冷却， 获得接近于平衡组织的热处理工艺。 目的： 细化晶粒，降低硬度，改善切削性能以及消除内力。 应用：各种亚共析成分（含碳量0.3~0.6%中碳钢）的碳钢及合金钢的 锻造件及热轧型材 完全退火工序安排在工件锻轧之后，切削加工之前进行；主要消除锻 后组织不均匀性，降低硬度，为后续加工和热处理准备 注意：低碳钢不宜采用完全退火，硬度太低，切削性能反而不好，一般用 正火。
2 退火与正火

教学思路 课程学时数为8学时，以教师讲解为主，结合课堂提问， 课堂讨论等，重点结合生产实际讲解退火与正火相关的 知识，对退火及正火的定义、目的及工艺有清晰的认识 和了解。

教学内容
退火、正火的定义、目的和分类；
常用的退火工艺方法 ； 钢的正火； 退火及正火后的组织与性能； 退火和正火的缺陷。 。
钢加热和冷却时 铁碳相图上临界 点的位置
2.1 退火及正火的定义、目的和分类
指AC1
2.2 常用的退火方法 一、扩散性退火 1、定义、目的及应用
目的：是为了消除晶内偏析，使成分均匀化。 应用:偏析较为严重的合金钢，优质合金钢 扩散退火的实质： 是使钢中各元素的原子在奥氏体中进行充分扩散。所 以扩散退火的温度高、时间长。
对亚共析钢，正火与退火相比较，正火的强度与韧性较高，塑性相仿。 对过共析钢，完全退火的因有网状渗碳体存在，其强度、硬度、韧性均 低于正火的。只有球化退火的，因其所得组织为球状珠光体，故其综合 性能忧于正火的。
2.4 钢的退火与正火的区别及选择原则
二、退火与正火的选择原则
对退火、正火工艺的选用，应该根据钢成分、前后连接的冷、热加工工艺、以及最终零件 使用条件等来进行，一般按如下原则选择