10、钢的热处理工艺

退火的目的： 通过相变重结晶可以细化晶粒、调整组织、消除内应力及热
加工缺陷、降低硬度、改善切削加工性能和冷塑性变形性能。
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根据退火目的，分为完全退火、不完全退火、球化退火、扩散 退火、去应力退火及再结晶退火等。
各种退火的加热温度范围如图所示。
（1）完全退火
将钢加热至Ac3以上20－30℃， 充分保温后随炉冷却，或炉冷至 500－600℃后出炉空冷。
等温球化退火： 将不完全奥氏体化钢快速冷至 Ar1以下20℃，等温一定时间 （3～6 h），再炉冷至600℃ 以下出炉空冷。
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球化退火的关键在于使奥氏体中保留大量未溶的碳化物质点， 并造成奥氏体中碳浓度分布的不均匀性。如加热温度过高或保温时 间过长，则使大部分碳化物溶解，并形成均匀的奥氏体，在随后冷 却时球化核心减少，使球化不完全。
钢的热处理工艺
℃
温
860℃
度
18
min
650～700℃
油
淬
150～160℃ 2～3h
3h -75～-78℃
110～120℃ 36h 时间
钢的热处理工艺是指根据钢在加热和冷却过程中的组织转变规 律，制定的具体加热、保温和冷却的工艺参数。
根据热处理 工艺流程
预备（中间）热处理
最终热处理
普通热处理
退火、正火、 淬火、回火
不完全退火加热温度低，工艺周期较短，能量消耗较少，可 降低成本，提高工效。
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（3）球化退火 球化退火是使钢中碳化体球化，获得粒状 P 的一种热处理工
艺。实际是不完全退火的一种，主要应用于共析钢、过共析钢 和 合金工具钢。
目的：降低硬度、改善切削加工性、获得均匀的组织，改善热处理 工艺性能，为以后的淬火作组织准备。
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。碳钢＜200℃/h，低合 金钢＜100℃/h，高合金钢＜50℃/h。出炉温度在600℃以下。
将奥氏体化后的钢很快降至稍低于Ar1温度等温，使奥氏体转变为
珠光体，再空冷至室温，称为等温退火。
等温退火适用于高碳钢、合金工具钢和高合金钢等，可以显著缩 短退火时间；但不适合大截面工件和大批量炉料。
中碳结构钢铸、锻、轧及焊件，热加工后易出现魏氏组织、晶 粒粗大等过热缺陷和带状组织，正火可消除，达到细化晶粒、均匀 组织、消除内应力的目的。 （3）消除过共析钢网状碳化物
主要用于消除铸件、焊件、冷变形件及机械加工工件中的残余内 应力，提高工件的尺寸稳定性，防止工件变形开裂。
（6）再结晶退火 将经过冷加工变形的金属加热至再结晶温度以上(一般钢材再结晶
温度为650－700℃)，保温后空冷。
目的是使冷加工金属发生再结晶，使变形晶粒重新转变为新的等 轴晶粒，消除加工硬化和残余内应力。
由于冷速较快，先共析相来不 及析出，与退火相比，正火后伪共 析相的体积分数增多，片间距变小， 因此钢的强度及硬度均比退火钢高。
正火工艺较简单、经济，主要 应用于以下方面
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（1）改善低碳钢的切削加工性能 碳量〈0.25％的低碳钢及低合金钢，退火后硬度过低，正火处理
可提高硬度，改善切削加工性能。 （2）消除中碳钢热加工缺陷
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（2）不完全退火
不完全退火是将钢加热至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。
在两相区加热，组织没有完全 A 化，仅使 P 发生重结晶转变为A， 因此基本不改变先共析铁素体或渗碳体的形态及分布。
主要应用在大批生产的亚共析钢锻件。 如锻造工艺正常Fra Baidu bibliotek组织中的 F 已均匀、细小，只是 P 的片间 距小、内应力较大，可进行不完全退火，使 P 的片间距增大，硬 度有所降低，内应力也有所减少。
渗碳体颗粒大小取决于冷却速度或等温温度，冷却速度 快或等温温度低，珠光体在较低温度下形成，碳化物聚集作 用小，容易形成片状碳化物，从而使硬度偏高。
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T10钢球化退火组织 ( 化染 ) 500
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（4）扩散退火
扩散退火又称均匀化退火，是将铸锭、铸件加热至Ac3或Accm以 上150～300℃，保温10－15h，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。
完全退火只适用于亚共析钢。 过共析钢完全退火会造成Fe3CⅡ 沿晶界析出并形成网状，使韧性 下降。
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完全退火加热温度不宜过高，一般在Ac3以上20~30℃。
退火保温时间不仅取决于工件透烧（即工件心部达到所要求的
温度）所需要的时间，而且取决于组织转变所需要的时间。完全退火 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。
再结晶退火主要用于冷变形金属的中间退火及成品材的最终热处 理。
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2 . 正火
将钢件加热至Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢） 以上30～50℃，保温一定时间，然后空冷，以得到珠光体 类型组织的热处理工艺。
正火过程实质上是钢的奥氏体 化加伪共析转变。含碳0.6～1.4％ 时，正火组织中不出现先共析相， 只有伪共析珠光体或索氏体。
目的是为了消除由于铸锭、铸件的枝晶偏析引起的化学成分不均 匀、组织不均匀。
由于加热温度高，时间长，使奥氏体晶粒非常粗大，因此扩散退 火后，还应再进行完全退火或正火以便细化晶粒。
该工艺缺点耗能大，成本高。
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（5）去应力退火 将工件随炉缓慢加热至Ac1以下某一温度(一般在500－650℃)，保
温一定时间，然后缓慢冷却(炉冷)至200～300℃后空冷的工艺。
热处理 工艺
表面热处理
表面淬火、 化学热处理
特殊热处理
形变热处理、 磁场热处理、 激光热处理
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0.1. 钢的退火和正火
退火和正火是生产广泛应用的预备热处理工艺。对受力小、 性能要求不高的零件，也可做为最终热处理。铸件的退火和正火通 常为最终热处理。
1. 退火
将钢加热到适当温度，保温一定时间后缓慢冷却，以获得接近 平衡状态的组织的热处理工艺，称为退火。
球化退火的加热温度不宜过高，一般在Ac1以上20-30℃，采用随炉 加热。保温时间也不能太长，一般2-4h。冷却方式通常采用炉冷，或在 Ar1以下20℃左右进行较长时间的等温处理。
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普通球化退火： 将钢加热至Ac1以上
20～30℃，保温一定时 间(一般2～4 h )后，炉冷 至600℃以下出炉空冷。