钢的退火与正火

3、退火工艺的分类
•
按加热温度分为两类：
•
•
一类是在临界温度（Ac1或Ac3 ）以上的退火，包
括完全退火、不完全退火、扩散退火和球化退火等； 另一类是在临界温度以下的退火，包括软化退火、 再结晶退火及去应力退火等。
热处理工艺－钢退火与正火
完全退火
不完全退火
球化退火 再结晶退火 扩散退火 均匀化退火
炉方式等因素有关。 实际生产时，为了提高生产率，退火冷
却至 600℃左右即可出炉空冷。
热处理工艺－钢退火与正火
完全退火 注意 • 注意事项：低碳钢和
过共析钢不宜采用完全退火。
低碳钢完全退火后硬度偏低， 不利于切削加工。过共析钢加 热至Accm以上奥氏体状态缓冷 退火时，有网状二次渗碳体析
出，使钢的强度、塑性和冲击
五、退火、正火的缺陷
热处理工艺－钢退火与正火
一、钢的退火的定义、目的和分类
1、定义： 将钢件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓
慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺称为退火。
•
2、退火的目的：
均匀化学成分；
改善机械性能及工艺性能；
消除或减少内应力； 为最终热处理作好组织准备。
•
热处理工艺－钢退火与正火
则造成珠光体的石墨化。
热处理工艺－钢退火与正火
去应力退火 注意
•
由于成分、加工方法、内应力大 小及分布的不同，以及去除程度的不同，
去应力退火的加热温度范围很宽，应根据
具体情况而定。
热处理工艺－钢退火与正火
去应力退火 工艺
•
例如： 1、低碳结构钢热锻后，如硬度不高，适于切削加工，可不进行正 火，而在500℃左右进行去应力退火； 2、中碳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℃的去应力退火； 3、对切削加工量大，形状复杂而要求严格的刀具、模具等，在粗 加工及半精加工之间，淬火之前，常进行600-700℃、2-4小时的去应力退 火；
保温时间： t＝（3～4）＋（0.2～0.5）Q 亚共析锻、轧材
t＝KD （min） 碳素钢或低合金钢，装炉量小 适用范围：中碳钢和中碳合金钢的铸，焊，锻，轧制件等。
工艺：完全退火采用随炉缓冷以保证先共析铁素体的析出和
过冷奥氏体在Ar1以下不大过冷度情况下转变为珠光体。工件
在退火温度下的保温时间不仅要使工件烧透，达到完全重结 晶。完全退火保温时间与钢材成分、工件厚度、装炉量和装
钢的退火与正火
• 常用的热处理工艺分为两大类： 预备热处理目的：消除坯料、半成品中的某些缺陷，为 后续冷加工，最终热处理作组织准备。 最终热处理目的：使工件获得所要求的性能。
热处理工艺－钢退火与正火
一、钢的退火的定义、目的和分类 二、常用退火工艺方法
三、钢的正火
四、退火、正火后钢的组织和性能
热处理工艺－钢退火与正火
经完全退火与正火后的组织有以下区别：
1）正火的珠光体组织比退 2）正火的冷却速度快，先共析产物 火状态的片层间距小，范 不能充分析出，同时由于奥氏体的成 围也小。 分偏离共析成分而出现伪共析组织。 对过共析钢，退火后组织为珠光体＋ 3）由于合金钢中碳化物更稳定，不易充 网状碳化物。正火得到全部细珠光体 分固溶到奥氏体中，退火后不容易形成层 组织，或者沿晶界析出一部分条状碳 状珠光体。正火后得到的粒状索氏体或屈 化物。 4）正常规范下通过退火、正火使钢的 氏体硬度较高。 晶粒细化。但是如果加热温度过高， 使奥氏体晶粒粗大，退火后形成粗晶 粒的组织
热处理工艺－钢退火与正火
四、退火、正火后钢的组织和性能
• 退火和正火所得到的均是珠光体型组织，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，因而退火(主要指完全退火)与正火在组织上存 在差异，因而在性能上也不同。 • • 1、退火、正火后的组织特点 钢在退火、正火后的组织和性能与钢的成分、 原始组织状态、工艺规范等因素有关。
间，奥氏体越容易出现片状珠光体而且不容易球化；
4）冷却速度的影响：冷却速度过快，珠光体碳化物颗粒细小， 聚集作用小，易形成片状碳化物。Ar1以下较高温度等温或炉冷。 5）形变的影响：层状珠光体经过塑性变形可以加速球化过程。
热处理工艺－钢退火与正火
热处理工艺－钢退火与正火
球化退火 工艺
•
•
热处理工艺－钢退火与正火
•
•
特点：退火温度低，保温时间短。
过共析钢的不完全退火实质上是球化退火的一种。
热处理工艺－钢退火与正火
热处理工艺－钢退火与正火
•
4、球化退火
•
概念：使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺称为球化
退火。
工艺：一般球化退火工艺Ac1+(10～20)℃，随炉冷至500～
600℃空冷。
•
目的：降低硬度、改善组织、提高塑性和切削加工性能。
•
适用范围：主要用于质量要求高的合金钢铸锭、
铸件、锻件。
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微及宏观的气泡，气孔。
偏析的危害：
热处理工艺－钢退火与正火
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， 它直接影响到钢的热处理及其机械性能。
热处理工艺－钢退火与正火
•
2、完全退火
定义：将钢件加热到 Ac3以上，使之完
全奥氏体化，然后缓慢冷却，获得接近平
衡组织的热处理工艺。 • • 目的：细化晶粒、均匀组织，降低硬 度、改善切削性能以及消除内应力。
热处理工艺－钢退火与正火
完全退火 工艺
•
加热温度：通常选择在Ac3以上20～30℃。
•
• •
热处理工艺－钢退火与正火
•
6、去应力退火
定义：为了消除由于形变加工、锻造、焊接等所 引起的以及铸件内存在的残余应力（但不引起组织的变
•
化）而进行的退火工艺。
• 目的：消除铸件、锻件、焊接件应力，稳定几何
形状，防止开裂。尤其在机械加工后，由于应力平衡的
破坏，常会造成变形超差，使工件报废。 •
•
加热温度：铸铁件去应力退火温度不应太高，否
•
目的：正火的目的是获得一定的硬度、细化晶粒，并 获得比较均匀的组织和性能。
•
正火温度：一般正火加热温度为Ac3＋（30～50℃）。
保温时间： 一般正火保温时间以工件透烧为准（即心部 达到要求的加热温度）。因为正火时一般采用热炉装料, 加热过程中工件内温差较大，为了缩短工件在高温时的 停留时间，而心部又能达到要求的加热温度，所以采用
热处理工艺－钢退火与正火
扩散退火 工艺
加热温度：通常选择在Ac3或Acm以上150～300℃，视钢 种和偏析程度而异。温度过高影响加热炉寿命，并使钢件烧损 严重。碳钢一般为1100～1200℃，合金钢一般为1200～1300℃。
•
• •
保温时间： t＝8.5＋Q/4
式中，t为时间（h）；Q为装炉量（T） 一般时间不超过15h，否则氧化严重。 冷却速度：一般为50℃/h；高合金钢≤20～30℃/h。
韧性显著降低。
热处理工艺－钢退火与正火
•
3、不完全退火 将钢件加热至Ac1～Ac3（亚共析钢）或Ac1～Acm（过共析钢）
之间，经过保温并缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。
• • 这种退火实际上只是使珠光体部分再进行一次重结晶，基本 上不改变先共析铁素体或渗碳体原来的形态及分布。 退火后珠光体的片间距有所增大，硬度有所降低，内应力有 所降低。
软化退火
• 各种退火工艺示意图
去应力退火
热处理工艺－钢退火与正火
二、常用退火工艺方法
• •
1、扩散退火 定义：扩散退火又称均匀化退火。将金属铸锭
•
或锻坯，在稍低于固相线的温度下长期加热，消除或
减少化学成分偏析及显维组织的不均匀性，以达到均 匀化目的的热处理工艺。 • 匀化。 目的：消除结晶过程中的枝晶偏析，使成分均
扩散退火 注意
•
高温扩散退火生产周期长，消耗能量大，工件氧化、脱
碳严重，成本很高；同时，会引起奥氏体晶粒严重粗化，因
此一般还需要进行一次完全退火或正火，以细化晶粒、消除
过热缺陷。
• 只有一些优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢 锭才使用这种工艺。对于一般尺寸不大的铸件或碳钢铸件， 因其偏析程度较轻，可采用完全退火来细化晶粒，消除铸造 应力。
球化退火 工艺
热处理工艺－钢退火与正火
•
5、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，以消除形变强化和残余应力的热处理工艺。
•
目的：消除加工硬化，提高塑性，改善切削性能和压
延成型性能。
•
加热温度：再结晶退火在高于再结晶温度进行。再结
晶温度随着合金成分及冷塑性变形量而有所变化。
碳化物粒子未溶，并聚集球化，得到粒状珠光体；加热温度过
高，形成均匀的奥氏体，缓慢冷却得到片状珠光体。
热处理工艺－钢退火与正火
Leabharlann Baidu
•
影响碳化物球化的因素： 1）化学成分的影响：碳含量越高，越易于球化。 2）原始组织的影响：渗碳体、碳化物等 3）加热温度与保温时间的影响：加热温度越高，延长保温时
• • • • •
定义： 将钢加热至临界点以上30~50℃或更高， （1）工艺： 完全A化后空冷。
加热，低碳钢： Ac3+100~150℃
中碳钢： Ac3+50~100℃ 高碳钢： Accm+30~50℃ 冷却： 空冷。 （2）组织及性能 P组织，但比退火的更细。σb、HR↑， αk↑， （3）正火应用 ①作为普通结构零件的最终热处理。 可获得合适硬度，便于切削加工。 ②作为低、中碳结构钢的预先热处理， ③用于过共析钢消除网状的Fe3CⅡ， 为球化退火做好组织准备。 ψ、δ不下降。
适用范围：主要适用于含碳>0.6%的各种高碳工具钢、模具 钢、轴承钢等。为改善冷变形工艺性，有时也用于低、中碳钢。
热处理工艺－钢退火与正火
球化退火 注意
•
钢中碳化物的球化可以提高塑性、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。
•
球化退火后的硬度取决于钢中碳化物的析出分数及分布、 形态，含碳量高的钢，碳化物数量多，退火后硬度也相应提高。
出空冷。 • 4）双重正火：有些锻件的过热组织或铸件粗大铸造组 织，一次正火不能达到细化组织的目的，为此采用二次正火， 才可获得良好结果。第一次正火在高于Ac3点以上150-200℃的
温度加热，以扩散办法消除粗大组织，使成分均匀；第二次正
火以普通条件进行，其目的是细化组织。
热处理工艺－钢退火与正火
钢的正火
方式。含碳量较高，含有合金元素，可采用较缓慢冷却速度，如在
静止空气中或成堆堆放冷却，反之则采用较快冷却速度。
热处理工艺－钢退火与正火
•
3）过共析钢正火，一般是为了消除网状碳化物，故加
热时必须保证碳化物全部溶入奥氏体中。为了抑制自由碳化物 的析出，使其获得伪共析组织，必须采用较大冷却速度，如鼓
风冷却、喷雾冷却，甚至油冷或水冷至Ar1点以下的温度再取
热处理工艺－钢退火与正火
•
正火时应考虑如下问题： 1）低碳钢正火的目的之一是为了提高切削性能。但是对有 些含碳量低于0.20％的钢，即使按通常正火温度正火后，自由铁素 体量仍过多，硬度过低，切削性能仍较差。为了适当提高硬度，应
•
提高加热温度(可比Ac3高100℃)，以增大过冷奥氏体的稳定性，而
且应该增大冷却速度，以获得较细的珠光体和分散度较大的铁素体。 • 2）中碳钢的正火应该根据钢的成分及工件尺寸来确定冷却
稍高于完全退火的温度。
热处理工艺－钢退火与正火
正火工艺 应用
•
是工业上常用热处理工艺之一，正火既可作为预备热处
理工艺，为后续热处理工艺提供适宜的组织状态，例如为过共
析钢的球化退火提供细片状珠光体，消除网状碳化物等；也可 作为最终热处理工艺，提供合适的机械性能，例如碳素结构钢 件的正火处理等。此外，正火处理也常用来消除某些缺陷。例 如，消除粗大铁素体块，消除魏氏组织等。
•
热处理工艺－钢退火与正火
•
为产生再结晶所需的最小变形量称为临界变形量， 钢的临界变形量为6-10％。再结晶温度随变形量增加而 降低，到一定值时不再变化。 纯金属的再结晶温度：
铁为450℃；
•
•
•
• •
铜为270℃；
铝为100℃。 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℃。
• • •
• •
4、各类铸件在机械加工前应进行消除应力处理。铸铁件去应力退 火温度不应太高，否则造成珠光体的石墨化。 去应力退火后，均应缓慢冷却，以免产生新的应力。
热处理工艺－钢退火与正火
三、钢的正火
•
定义：正火是将钢件或钢材加热到Ac3（Acm）以上适
当温度，保温适当时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织 的热处理工艺。