正火和退火

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球化退火。
特点:发生了相变重结晶
退火温度在临界Ac1以下的退火: 软化退火、再结晶退火、去应力退火等。 特点:未发生相变重结晶
2)按加热冷却方式及所用设备可分:
加热炉退火、盐浴炉退火、火焰退火、氢气退火。
3)零件退火体积可分:整体退火、局部退火。
4)按零件表面状态可分:黑皮退火及光亮退火。
4.常用退火工艺方法
(2)再结晶 退火工艺规范
(3)再结晶退火的作用
主要于冷加工塑性变形后的金属材料。冷变形金属产生加工硬 化,其硬度、强度和内应力随变形量增加而增大,塑性降低。只
有将其在再结晶温度以上加热,使被拉长了的变形晶粒重新形核,
变为细小的等轴晶粒,同时消除冷作硬化作用,硬度↘,内应力
基本消除,组织与性能恢复到冷变形前的情况。图2-7为冷变形组
钢的热处理工艺
退火、正火、淬火、回火
退 火
一.退火的定义、目的和分类
1.退火的定义:
将金属工件缓慢加热到一定的温度(温度范围根据
不同的退火方法而定),保持一定时间后缓慢冷却(通 常是炉中冷却至600℃左右出炉空冷)下来的热处理工艺 称退火。 缓慢冷却的目的是以获得接近至平衡状态的组织结 构,所得到的组织为P均匀组织。
5.指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织:
(1)20钢齿轮 (2)45钢小轴 拟采用以下几种退火工艺; (1)缓慢加热至700℃,保温足够时间,随炉冷却至室温; (2)缓慢加热至840℃,保温足够时间,随炉冷却至室温; (3)缓慢加热至1100℃,保温足够时间,随炉冷却至室温; 问上述三种工艺各得到何种组织?若要得到大小均匀的细小晶粒,选何种工艺最合适? (3)T12钢锉刀 6.一批45钢试样(尺寸Φ 15×10mm),因其组织、晶粒大小不均匀,需采用退火处理。
(一)完全退火
(1)定义:将钢加热到AC3以上30~50℃温度,保温一段时 间后缓慢冷却(如炉冷到600℃左右空冷)的热处理工艺,称
完全退火。
完全退火工艺规范示意图
(2)加热温度(在GS线以上(AC3以上) 碳 钢:T=AC3+30~50℃; 合金钢:T=AC3+50~70℃;
●生产实践上为了加速钢的组织转变,进一步使A成分 均匀化,往往采用AC3+70~100℃(碳钢),只要保 温时间不太长,不会引起晶粒粗大,至于合金钢,AC3 +80~120℃没问题。
织在加热时的变化及性能变化示意图。
图2-7 冷加工变形量及退火温对金属组织与性能影响示意图
(4)再结晶退火温度
钢材的再结晶温度T晶=450~500℃,那么制定再结晶 退火温度为T=T晶+150~200℃=600~700 ℃
二.正火的定义、目的和分类
1.正火的定义: 将钢件加热到AC3 或Acm以上30~ 50℃,保温适当时 间后在空气中冷却
高合金钢可为20~30℃/h
④降温速度: 50℃/h
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⑤出炉温度:通常断电炉冷至600℃以下即可出炉空冷。
但对高合金钢,由于淬透性好,为防止在冷却过程中产生 较大 应力,或硬度偏高,最好在≤350℃出炉。由于高
温长时间保温,常使晶粒粗大,为消除之,一般补充进行 一次完全退火或正火,细化晶粒。
(五)低温退火(去应力退火)
C:C↗,K数量就↗,易于球化。
①化学成分 ②原始组织
合金元素:含有碳化物形成元素, 阻碍球化,使球化变慢
a.淬火马氏体球化效果快,组织均匀。这与M是过饱和固溶体, 在A1以的回火分解,析出K,聚集长大形成K的贡献有关。 b.原始组织为大块F+P混合组织,其缓冷球化退火后K极不均匀。 c.原始组织经冷变形,低温锻造加工,显著促进球化K形成。
合金灰口铸铁T=600~650℃×25㎜/h+2~8h。
(六)再结晶退火
(1)什么是再结晶退火? 将加工硬化的工件加热至再结晶温度以上150~200℃(碳钢的再
结晶温度为450~500℃)即600~700℃(小于Ac1),并在此温度保
温一段时间,完全消除加工硬化现象(使破碎晶粒恢复原状),然 后在空气中冷却,这种退火称为再结晶退火。
正火工艺规范示意图
下来的工艺称为正
火。 2.正火的目的: 1)消除锻、轧后的应力; 2)细化晶粒、均匀组织,为最终热处理做好组织准备; 3)改善组织,提高性能。如消除网状K,大块F等组织缺陷。
3.正火的作用 正火可以作为对性能要求不高的工件的最终热处理,常用于碳钢和 低合金钢:
1)共析钢正火后可消除网状K;
条状碳化物(不连续网状)
(3)合金钢退火后不易形片状珠光体而形成粒状珠光体
(4)正常规范下通过退火、正火均使钢的晶粒细化。但
如果加热温度过高,使奥氏体晶粒粗大,在正火后极易形成
魏氏体组织,在退后则形成粗晶粒的组织。如含碳0.5%的
碳钢,经正火后晶粒度由原来的3级细化到6级。
5.退火、正火后的力学性能
2.退火的目的: (1)降低硬度,改善切削加工性;
(2)消除锻、轧后的内应力,稳定尺寸;
(3)为淬火做好组织准备;
(4)消除各种缺陷,改善组织(如枝晶偏折等化学成分
不均匀等)。
3.退火工艺的分类
1)按加热温度分两大类: 退火温度在Ac1或Ac3以上退火:
完全退火、不完全退火、均匀化退火(扩散退火)、
②更为均一的组织性能,同时还有效地提高生产率;
③消除锻造应力,工艺周期却比完全退火少约一半。
(3)等温温度与组织性能影响 T2高时,A→P转变,先共析F含量↗,P片层粗,硬度↘。
T2低时,A→P转变需时间短,P片层间距离随过冷度增加
而变小,退火后硬度升高。 T2一般选择低于A1-30~100℃
(4)等温时间以保证
对于亚共析钢,正火与退火后的强度则可由下式表达: σ
0.2=100ƒα
σ
α
+σ p(1-100ƒα )式中:
ƒα —自由铁素体的体积分数
σ α —自由铁素体的屈服极限
σ p—珠光体的屈服极限。
钢中珠光体含量越多,强度、硬度越高,韧性下降,临界 脆化温度提高。图2-9是不同合碳量的亚共析钢在退大或正 火后的机械能的变化。
②保 温 时 间
说明:为使扩散得以充分进行,一般时间t比较长
a. τ =10~15h b. τ =[(1.5~2.5分钟)/㎜]×H 其中:H-截面厚度(㎜)
装炉量大时:
c. τ =8.5+Q/4 τ -(h) Q-装炉量(吨),
通常不超过15小时,否则氧化严重。
③升温速度:
V=100~200℃/h
碳钢: 1~2h; 低、中合金钢:3~5h。
过冷A分解完全
(5)等温退火工艺是完全退火、不完全退火、
球化退火的重要工艺改进途径,目的相同。
●等温退火工艺应用于工具钢及轴承钢的球化, 以及结构钢大锻件的去除白点处理。
(三)球化退火
指钢中渗C体的形状,弥散分布于F 基体上的细粒状(球 状)碳化物组织 球化退火是使钢中的渗C体呈 球状的退火工艺,称球化退火
(1)定义:冷变形后的金属在低于再结晶温度加热,以去除 内应力,但仍保留冷作硬化效果的热处理,称为去应力退火。
①把去除由于塑性变形加工、锻造、焊接等造成及铸件内
存在的残余应力而进行的退火统称去应力退火。
②去内应力退火的温度范围很宽,习惯上把较高温度下的
处理称去应力退火,而把较低温度下的处理称去应力回火。
2)碳钢正火后显著改善切削加工性; 3)高C钢,中高合金钢正火降低硬度,消除应力,得到良 好加工性; 4)对于渗碳件、锻造件,正火后可细化组织,减小变形; 5)共析C钢、合金钢,正火可消除自由渗C体,以便随后球 化退火获得匀的球状K; 6)铸件、锻件进行两次以上正火(第一次,AC3+150~ 200℃,
(1)球化
(2)定义
(3)适用钢种
C>0.60%的各种碳工钢、 合工钢、模具钢、轴承钢等
(4)提高性能:获得弥散分布的球状K,可以:
①减小工件淬火时的变形开裂倾向, ②提高钢的断裂韧性, ③消除网状K或粗大K所引起的脆断,刀具的崩落, ④提高轴承的接触疲劳寿命, ⑤提高耐磨性。
(5)影响K球化的因素
课堂讨论
1.将20钢及60钢同时加热860℃,并保温相同时间.问
哪种钢奥氏体晶粒粒大些? 2.确定下列钢件的退火方法,并指出退火目的及退火后 的组织: (1)经冷轧后的16钢钢板,要求降低硬度; (2)铸钢35的铸造齿轮; (3)锻造过热的60钢锻坯;
(4)具有网状渗碳体的T12钢坯;
第三章完
作 业
(二)不完全退火
不完全退火工艺规范示意图
(三)等温退火
(1)定义:将钢件加热到高于AC1(亚共析钢)或AC1~ACm之间
(过共析钢),短时保温时间后较快地冷到P转变温度区间的某 一温度,并等温保持足够时 间,使A转变为P型组织,
然后在空气中冷却的退火工
艺称等温退火
(2)等温退火优点: ①(中碳钢及合金结构钢)等温退火可以获得比完全退火优越性:
图2-9 不同成分 的钢退火正火后 机械性能
5.退火、正火的缺陷 1)过热 2)硬度偏高 3)球化不完全 。
4)脱C
全层脱 碳层
半层脱 碳层
60号钢表层脱碳组织 400×
6)网状K
T12
920℃炉冷 P+Fe3C 500×
7) 网状F
60钢 920℃炉冷 P+F 300×
8)退火石墨碳
T12钢退火石墨碳 500×
③加热温度 保温时间
A化T↗+τ ↗则易得到层片状P,不易
球化。原始组织是片状P,也不易球化。
④冷却速度
冷却速度太大,C扩散
受到抑制,球化困难。
⑤形变
形变加速球化过程。
(四)扩散退火(均匀化退火)
将钢加热到AC3以上(或Acm)以上150~
(1)定义
300℃的温度进行长时间保温,然后缓慢冷
却的热处理工艺称为均匀化退火。
(2)低温退火温度
①低C结构钢,热锻轧材及工件的去应力退火温度T=500℃左右。 ②中C结构钢,为避免调质时的淬火变形,需在切削加工或最终热 处理前进行500~650℃去应力退火。加热时间不宜长,烧透为准。
③合金钢应选较高温度,常选T=600~700℃×2~4h。
④冷变形钢材如冷轧薄板、钢带、冷拨钢丝,制作小零件,常选 T=250~350℃。 ⑤铸铁去应力退火选的温度较高,如普通灰口铸铁 T=550℃×25nm/h。
(2)主要目的
用于钢碇、大型铸件、锻坯 的化学成分的偏析和组织不 均匀,以获得均匀一致的成 分和组织。
化学成分偏折主要有:枝晶偏折、带状K不均匀、 合金元素(C、S、P、Mo)偏析等,这些严重地
影响钢的热处理质量和使力学性能恶化。
①温度的确定
原则:在不致于使A晶粒过于粗大的条件下尽量提高温度, 以利于扩散均匀化。 温度:T=0.8~0.9T熔点,但低于固相线。 对于碳钢T=1100~1200℃; 对于合金钢T=1050~1250℃(也可取T=1200~1300℃)
(3)加热速度 合理V=150~180℃/小时,特别是合金钢,导热性差,合
金元素扩散也慢,过快会引起退火缺陷,引起变形。
(4)保温时间 以加热时间的1/3为宜,或τ =8.5+Q/4(h), Q-装炉量(吨) (5)冷却速度
高合金钢20~60℃/h,炉冷至<350℃出炉;低合金钢50~
100℃/h, 碳钢100~200℃/h;通常炉冷<600℃出炉。
一.(P72)1、2、4、9、23 二.
1.珠光体类型组织有哪几种?它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点?
3.何谓球化退火?为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火? 4. 正火与退火的主要区别是什么?生产中应如何选择正火及退火?
2.退火的主要目的是什么?生产上常用的退火操作有哪几种?指出退火操作的应用范围。
第二次略低于AC3),使A晶粒细化,得到细P。
4.退火、正火后的组织性能
1)退火与正火后组织上的区别:
(1)正火的珠光体比退火珠光体的片间距小、领域也小。如共 析钢退火珠光体平均片层间距约0.5µm,正火细珠光体片层间距约 为0.2µm。 (2)正火冷速较快,先共析产物(自由铁素体,渗碳体)不能 充分析出。即先共析析出相数量较平衡冷却时要少。同时由于奥氏 体的成分偏离共析成分而出现伪共析组织。如含碳0.4%钢在平衡 冷却时为45%铁素体十55%珠光体。而在正火后为30%铁素体十 70%珠光体,此时的伪珠光体中含碳量为0.65%。对于过共析钢而 言,退火后的组织为珠光体十网状碳化物。正火时网状碳化物的析 出受到抑止,从而得到全部细珠光体组织,或沿晶界仅析出一部份
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