2 正火与退火解析

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1、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。 。,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

2、下：,2 退火及正火,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。,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。,

3、一、扩散性退火,偏析和疏松,枝晶偏析,带状偏析,带状组织（锻造）,一、扩散性退火,（1）加热 加热温度： 一般扩散退火温度可选择在高于0.80.9T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+150300, 根据钢种和偏析程度而异。 碳钢一般选择11001200 . 合金钢为使其共晶碳化物充分溶解，温度允许提高到11501250 。 加热速度：100200 /h。,2 工艺,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3060min, 或每1mm保温1.52.5min， 若装炉量较大，可按经验公式=8.5+Q/4(h)计算

4、：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 2030 /h。350以下出炉,一、扩散性退火,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0.30.6%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

5、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。,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：100200/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 =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 =(3-4)+(0.20.5)Q(h) 装炉量很小时，通常可以工件的有效厚度来计算， =KD （min）为保温时间，D 为工件有效厚度，K为加热系数，

6、一般K取1.52min/mm。,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,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,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

7、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。,三、不完全退火,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

8、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。,四、球化退火,球化退火的组织：粒状珠光体,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

9、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,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。 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 心，不能形成粒状P，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

10、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。,四、球化退火,（4）等温球化退火 将钢加热到Ac1以上2030，保温24h，快冷至Ar1以下20 左右，等温36h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

11、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650700，铜合金为600700，铝合金为350400。,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0.61.4%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，

12、正火组织中还会出现少量铁素体。,正火组织：（细珠光体） 共析钢S 、亚共析钢F+S、过共析钢Fe3CS,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 +3050； 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）,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

13、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

14、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。,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。 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，

15、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 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

16、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 1、含0.25C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0.250.50的钢，一般采用正火。其中含碳0.250.35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0.500.75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