学生07第一章 钢的退火与正火

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1、第一章 钢的退火与正火重点：1、了解退火与正火的目的；2、掌握常用退火、正火的工艺方法及应用范围。 退火和正火常作为毛坯的预先热处理。正火也可作为一些不重要工件的最终热处理。 1-1 退 火一、退火的概念、目的及工艺退火的概念：将钢加热至临界点（Aci）以上或以下某一温度，保温一定时间，缓慢（一般 是随炉）冷却，以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。退火的种类：1、按加热温度：临界温度以上或以下（AcJ （Ac3）的退火1）临界温度以上的退火（又称相变重结晶退火），包括：完全退火、扩散退火、 不完全退火、球化退火等。2）临界温度以下的退火包括：再结晶退火及去应力退火等。2、按冷却方式，退火可分为

2、： 1）等温退火；2）连续退火。退火的主要目的：均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度、消除应力和加工硬化改善钢的成形及切削加工性能，并为淬火作好组织准备。二、退火的工艺方法（一） 完全退火概念：将钢件或钢材加热至Ac3以上2030C,经完全奥氏体化后进行缓慢冷却，以获得近 于平衡组织的热处理工艺。适用钢种：主要用于亚共析钢（w =0.30.6%）。C* 低碳钢不宜：因为完全退火后硬度偏低，不利于切削加工；*过共析钢不宜：因为加热至Ac以上奥氏体状态缓冷退火时，有网状二次渗cm碳体析出，使钢的强度、塑性和冲击韧性显著降低。目的：1）细化晶粒、均匀组织、消除内应力；2）降低硬度，改善钢的切削

3、加工性能。 应用：1）中碳结构钢铸、锻（轧）件，常见缺陷组织有魏氏组织、晶粒粗大和带状组织等。2）在焊接件焊缝处组织不均匀，热影响区具有过热组织和魏氏组织，造成很大的内 应力； 作用：组织发生重结晶，使钢的晶粒细化、组织均匀，魏氏组织难以形成，消除带状组织。 完全退火的工艺：1）加热温度一Ac3以上2030C，不宜过高，以免发生晶粒粗大2）加热速度一影响因素：钢材成分、工件形状、工件厚度、装炉量及装炉方式等。常用结构钢、弹簧钢、热作模具钢钢锭，加热速度为 100200 C/h。3）保温时间一一影响因素：钢材成分、工件厚度、装炉量及装炉方式等。工件烧透（即心部达到加热所要求的温度）时间完成组织转

4、变时间，* 在箱式炉中退火的保温时间可按下式计算：t 二 KD mineff式中Deff是工牛的有效厚度见图1-1。K 是加热系数，一般K=1.52.0min/mmhD有效厚度D（ Deff）D d2工件的有效厚度4亠常用结构钢、弹簧钢、图1-1热作模具钢钢锭常用结构钢、弹簧钢、热作模具钢钢锭保温时间为t 二 8.5 + Q/4 t =8.5 +Q/4h）式中Q装炉量，单位为t。亚共析钢锻轧钢材保温时间一般按经验公式t 二（3 4） + （0.4 0.5）Q t = （34） + （0.40.5）Q （h）4）冷却速度一应缓慢，以保证奥氏体在Ay点以下较小的过冷度情况下进行珠光体转变, 以免硬

5、度过高* 一般碳钢冷却速度应小于200r/h，低合金钢的冷却速度应低至iooc/h；*高合金钢的冷却速度应50C/h*实际生产时，为提高生产率退火冷却至600c左右即可出炉空冷。等温退火：常用于某些奥氏体稳定的合金钢，由于其“C”曲线位置极右，需较长的退火时 间，采用此工艺可有效缩短生产周期，提高生产率；此外对某些合金钢可用来防 止钢中白点形成。加热温度 Ac3+（2050c ） 或 AC+（2050C）。加热速度同完全退火。保温时间 同完全退火。等温温度 根据“C”曲线及要求硬度确定。 冷却速度 大件随炉冷却，小件空冷。冷却方式 500C随炉冷，500C空冷。 应用：1、大锻件小批量生产时采

6、用；2图1-2完全退火工艺示意图时间2、有两个鼻尖的“C”曲线的合金钢效果明显；3、用以消除Cr-Ni钢Cr-Ni-Mn 钢锻件中的白点。二）不完全退火概念：将钢件或钢材加热至AqAc3 （亚共析钢）或AqAc（过共析钢）之间，经保131cmm温后缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。目的：降低硬度，降低内应力。 亚共析钢：原始组织基本上达到要求，只是珠光体片间距小，硬度偏高，内应力较大， 可采用此种退火方法，使珠光体部分再进行一次重结晶，使其片间距有所 增大，硬度有所降低，内应力有所降低。特点：与完全退火相比，温度低、时间短成本低。应用：锻造工艺正常，钢的原始组织分布及晶粒度合适（无魏氏

7、体组织）亚共析钢锻轧件 过共析钢：主要是为了获得球状珠光体组织，又称球化退火。三）球化退火 概念：使钢中的碳化物球化，获得“球状珠光体”的退火工艺。适用钢种：共析钢、过共析钢、合金工具钢。球化退火目的： 1、降低硬度，改善切削加工性能；2、改善组织、为淬火作好组织准备。球状珠光体变形、裂纹的倾向小，过热敏感性小（即球体溶入奥氏体较慢，奥氏体 不宜长大），淬火后得到隐晶马氏体，且淬火开裂倾向小。球化退火工艺（见图 1-3）1）低于或 Ac1 点温度的球化退火 热力学依据是：在其他条件相同的情况下，片状组织单位体积所占有的表面积大于球状， 因而片状的表面能大于球状，总自由能也是如此，所以片状组织能

8、自发的变成球状。主要用于淬火或冷加工后钢的球化2）多次重复球化退火（往复球化退火、周期循环球化退火）。目的：使钢中原晶界上的碳化物和珠光体中的渗碳体经过溶解和重新析出，聚集而达 到球化的目的。适用：原始组织为珠光体的小型工具钢3）固溶热处理 目的：主要使碳化物溶解，而后快速冷却，以防网状碳化物析出。4）一次球化退火 将钢加热至AC + 2030C,保温后随炉缓冷至室温，或快冷到略低于Ari 温度，保温后出炉空冷。是目前生产中最常用的球化退火工艺。5）固溶热处理 将钢加热至 ACCm 以上的温度，使碳化物全部溶入奥氏体，然后快冷得到马 氏体组织，此后在740C加热，得到碳化物质点细密的球化组织。

9、目的：使网状碳化物或大块碳化物完全溶解，以利于其后球化。6）目的：与（5）相近似，只是采用（2）的方法。7）高温形变退火 将钢加热至Ac1 + 3050C，变形后立即缓冷或等温（冷到略低于Ar温 度，保温后出炉空冷）。影响球化质量的因素： 化学成分：含碳量影响：含碳量增加，碳化物数量增多，在加热过程中未溶解的碳化物数量 较多，因此形核率增大易于球化；合金元素影响：较复杂，加入非碳化物形成元素（如 Cu、AI、Ni、Si 等）加速球化， 而加入形成碳化物元素（Cr、W、Mo、V、Ti等）球化减慢。其原因是合金元素 本身提高奥氏体的激活能与降低碳在奥氏体中的扩散速度。原始组织：马氏体：在低于A1回

10、火将使碳化物析出、聚集、长大，形成球状碳化物，球化速 度加快。珠光体块状铁素体：高于 Ac1 缓冷，得到碳化物极不均匀，即在原珠光体区分 c1布球状碳化物，而在原铁素体区没有球状碳化物。 贝氏体、屈氏体：在同样球化退火条件下贝氏体、屈氏体比粗片状珠光体易获得 细小的球状碳化物。珠光体网状碳化物：很难球化，必须先正火或高温固溶处理破坏网状。 冷变形后组织：有利于球状碳化物形成。加热温度与等温温度： 加热温度过高：大量碳化物溶解，同时奥氏体成分均匀，减少形成球 状的核心，易得片状碳化物，如图 1-4；a）750b）790c）875d）950图1-4T8钢退火温度对球化组织的影响加热温度过低：片状碳

11、化物未能球化，退火有部分或较多的片状碳化物。等温温度过高：碳化物聚集作用较强，得到各处均匀不一的粗粒状碳化物 等温温度过低：碳化物聚集作用弱，而得到细粒状甚至是细点状碳化物。球化时间： 球化温度一定时，随球化时间延长，粒状碳化物变粗，硬度降低。在相同的球化时间下，球化温度低，则硬度高，因其碳化物呈细小球状，且弥散 分布。冷却速度：冷却速度不影响碳化物的形状，只对碳化物的弥散度有影响。因为冷却速度影响Ar点。冷却速度小：（四）扩散退火（均匀化退火） 概念：将钢锭、铸件或锻坯加热到略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消除 化学成分不均匀现象的热处理工艺。目的： 为了消除或减少铸件凝固时所

12、引起的偏析。工艺：*加热温度：根据合金元素含量及偏析程度而定。一般为10501200C*加热速度：低合金钢取100C/h，高合金钢2050C/h* 保温时间： 2.53 min/mm*冷却速度：低合金钢取50100C/h，高合金钢2050C/h* 冷却方式：同完全退火。即可等温冷却，也可随炉冷却。 适用：优质合金钢铸件（注：经扩散退火的铸钢件晶粒粗大，韧性塑性较差，因此尚需一次完全退火或正火， 以细化晶粒，提高力学性能。）（五）去应力退火 概念：为消除铸、锻、焊接结构的内应力，或降低硬度，改善加工性能而采用的退火工艺。工艺： * 加热温度：铸铁： 500600C碳钢及低合金钢： 550650C

13、高合金钢： 600700C* 加热速度： 100150C/h* 保温时间： 26 h* 冷却速度： 50100C/h*冷却方式：500C随炉冷，500C为空冷（适用于钢）；400C为炉冷，V400C为空冷（适用于铸铁）适用： 1、焊接结构件：焊后多采用此法。 若采用完全退火，加热后发生相变重结晶，在此高温下，弹性极限降低，由于本身自重而变形。2、高合金钢：如18Cr2Ni4WA等，为了便于切削加工采用600650C软化。3、铸 件：消除铸造应力。4、精密件：如主轴、细长丝杠每次加工后进行。（六）再结晶退火 概念：为消除冷变形中所产生的加工硬化，改善塑性而采取的退火工艺。工艺：加热温度：随合金成

14、分及冷变形量而变化。 临界变形量：为产生再结晶所需的最小变形量，再结晶温度随变形量增加而降低，一 定值时不再变化。钢的临界变形量为610。再结晶温度：铁一450C；铜一270C ；铝一100C。 1-2 正 火概念：将钢加热至Ac3以上3050C（亚共析钢），Acm以上4060C（过共析钢），保温以后 空冷，得到接近平衡组织的热处理工艺。目的： 1、消除热加工所造成的组织缺陷（如粗大铁素体块和魏氏组织），细化晶粒； 2、消除网状碳化物，为球化退火作好组织准备；3、提高力学性能，作为最终热处理。工艺：* 加热温度：亚共析钢： Ac33050C过共析钢： Accm3050C* 保温时间： 1.52

15、min/mm* 冷却方式：空冷应用：1、低碳钢为tHB，可T加热温度（Ac3+100C）, T奥氏体稳定性，而后较快速冷却；2、中碳钢可按成分和工件尺寸确定冷却方式，含碳较高，并含有合金元素缓冷，静止 或堆放； 含碳较低，不含合金元素可较快冷却。3、过共析钢为消除网状碳化物，加热时需让碳化物全溶入奥氏体。冷却时为抑制碳化物析出，需采用较大冷速：鼓风、喷雾、甚至油冷、水冷至 Ar1 以下的温度取出 空冷。4、中高碳钢及中高碳合金钢件，为降低正火后的硬度和消除应力以得到良好的力学性 能，可以在正火后进行附加的回火（550600C）。但小于0.2%C的钢则不需要。 1-3 退火、正火后的组织和性能及工艺缺陷一、 退火、正火后的组织和性能均为珠光体型组织（F+P、P、P+Fe3C、S+F、S、S + Fe3C