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1、退火种类及正火特点退火种类及正火特点1）退火：退火和正火是生产中应用很广泛的预备热处理工艺，主要用于改 善材料的切削加工性能。对于一些受力不大、性能要求不高的机器零 件，也可以做为最终热处理。等温退火将奥氏体化后的钢快冷至珠光 体形成温度等温保温，使过冷奥氏体转变为珠光体，空冷至室温。球化退火将过共析碳钢加热到Ac1以上2030弋，保温24h,使片状渗碳体发生不完全溶解断开成细小的链状或点状，弥散分布在 奥氏体基体上，在随后的缓冷过程中，或以原有的细小的渗碳体质点 为核心，或在奥氏体中富碳区域产生新的核心，形成均匀的颗粒状渗 碳体均匀化退火（扩散退火）将工件加热到1100C左右，保温10 15
2、h ,随炉缓冷到350C,再出炉空冷。工件经均匀化退火后，奥氏体晶粒十分粗大， 必须进行一次完全退火或正火来细化晶粒，消除过热缺陷.去应力退火将工件随炉缓慢加热到500650C,保温，随炉缓慢 冷却至200C出炉空冷。主要用于消除加工应力。再结晶退火将材料加热至再结晶温度以上，保温后缓慢冷却的工 艺方法。完全退火用于亚共析碳钢和合金钢的铸、锻件；等温退火用于奥 氏体比较稳定的合金钢；球化退火用于共析钢、过共析钢和合金工具 钢；均匀化退火用于高质量要求的优质高合金钢的铸锭和成分偏析严 重的合金钢铸件；去应力退火用于铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及 机加工件；再结晶退火主要用于去除加工硬化。2）正火
3、：将亚共析碳钢加热到Ac3以上3050C,过共析碳钢加热到 Accm以上3050C,保温，空气中冷却的方法称为正火。适用于碳 素钢及中、低合金钢，因为高合金钢的奥氏体非常稳定，即使在空气 中冷却也会获得马氏体组织。对于低碳钢、低碳低合金钢，细化晶粒， 提高硬度（140190HBS ），改善切削加工性能；对于过共析钢，消 除二次网状渗碳体，有利于球化退火的进行。残留应力退火处理一般机械製品於加工面总是免不了会有残留应力的存在，若製品 未经适当应力退火处理，在不当的暴露於热源例如阳光、热引擎等下，会產 生变形的现象，另外由残餘应力经常识高度集中在某一局部区域，例如表面，焊 接区等，因此会局部降低製
4、品的机械强度。為避免这些问题，我们必须採用残餘 应力退火处理。此处理是将製品缓慢而均匀的加热至一低於向变化点之温度，然 后至於此温度一段时间，在缓慢而均匀的逐步冷却下来，在此过程中 最重要的是必须保持製品个区域之冷却速度相同，否则冷却后，由於 各区冷却速率的差异，会再度造成残餘应力的出现。此点对复杂形状 之製品尤其严重。由於一应力退火乃是利用原子在高温有微小潜变的现象，来重组 原子位置以消除应力的存在。因此材料支应力退火温度随著材料之高 温潜变能力不同而有所变化。一般对耐潜变之材料。例如低合金钢平 常所用之退火温度為595675C,但高铬合金钢则在9001065C。 我们可视情况需要，利用较低
5、的温度与较长的时间，达到与短时间， 高温度下处理相同效果支应力消除。去应力退火处理去应力退火热处理主要的目的，在於清除因锻造、铸造、机械加 工或焊接所產生的残留应力，这种残存应力常导致工件强度降低、经 久变形，并对材料韧性、延展性有不良影响，因此弛力退火热处理对 於尺寸经度要求严格的工件、有安全顾虑的机械构件事非常重要的。 弛力退火的热处理程序係将工件加热到A1点以下的适当温度，保持一 段时间（不需像软化退火热处理那麼久）后，徐缓冷却至室温。特别 需要注意的是，加热时的速度要缓慢，尤其是大型物件或形状复杂的 工件更要特别注意，否则弛力退火的成效会大打折扣。钢的正火将钢加热到临界点（AC3、AC
6、cm ）以上，进行完全奥氏仜化，然 后在空气中冷却，这种热处理工艺，称为正火。（一）正火工艺正火的加热温度正化学成份AC3以上50-100弋；过共析钢的加 热温度ACcm以上30-50弋。保温时间主要取决于工件有效厚度和加 热炉的型式，如在箱式炉中加热时，可以每毫米有效厚度保温一分钟 计算。保温后的冷却，一般可在空气中冷却，但一些大型工件或在气 温较高的夏天，有时也采用吹风或喷雾冷却。（二）正火后组织与性 能正火实质上是退火的一个特例。两者不同之处，主要在于冷却速 度较快，过冷度较快，因而发生了伪共析转变，使组织中珠光量增多， 且珠光柋的片层间距变小。应该指出，某些高合金钢空冷后，能获得 贝氏
7、体或马氏体组织，这是由于高合金钢的过冷奥氏体非常稳定， C 曲线。由于正火后的组织上的特点，故正火后的强度、硬度、韧性都比退火后的高，且塑性也并不降低。正火的应用 正火与退火相比，钢的机械性能高，提价简便，生产周期短，能 耗少，故在可能条件下，应优先考虑采用正火处理。目前的应用如下：1. 作为普通结构零件的最终热处理2. 改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性3. 作为中碳结构钢制作的较重要零件的预先热处理。4. 消除过共析钢中风状二次渗碳体，为球化退火作好组织准备5. 对一些大型的或形状较复杂的零件，淬火可能有开裂的危险进， 正火也往往代替淬火、回火处理，而作为这类零件的最终热处理。很 * 右。
8、此时己不能称其为正火，而称为空淬有关。为了增加低碳钢的硬 度，可适当提高正火温度。钢之退火处理退火处理一般是指将钢升温至某一温度，浸置一段时间后，再以 一特定速率冷却下来之处理。主要目的是软化钢材。有时亦用以改变 其他性质或显微结构。常见的退火处理有下列几种1. 退火温度：在很多之应用退火处理中，我们只注名所需之退火温度，然后让 其在炉中冷却即可。在进行退火处理时，最容易造成失败的原因是未 能维持炉中温度之均匀性。越大之炉子越有此种问题。2. 製程退火：由於材料经过相等程度冷加工后，会有加工硬化的现象，以至无 法做进一步的加工。因此我们必须於製程中加入一退火步骤来消除此 种不利的加工硬化现象。
9、此类退火处理统称為製程退火。由於我们仅 是想恢復材料之柔软性，不在乎材料之显微及结构内容，故為降低加 工程本，一般多採用前面所提过的次临界退火。最常见之退火温度在 约低於Ae 11至22弋之间。至於温度的控制只要能保持在不超过Ae 之范围即可。3. 切削用退火：不同之显微姊购对材料之切削性质有很大不同的影响。例如 5160 钢材，若经球化处理则可减少切削刀具之损耗。然而对其他之钢材， 球化结构不一定就有较佳之切削性质。一般我们可是材料之含碳量来 订出最佳之切削用显微结构。4. 球化处理所的球化处理乃是在退火处理后能获得球状之碳化物之一种处理。 一般可採用以下几种方法得到。a. 长时间热浸置於略
10、低於Ae之温度。b. 轮番加热及冷却於Ae温度上下最好刚刚高於Ac及彳氐於Ar。c. 加热至高於Ac，然后慢慢在炉中冷却，或停留Ar 长时间。d. 从一温度刚能完全溶解碳化物冷却下来，所有之冷却速率须用 不產生碳化物。然后在按a或b法升温回去。5. 锻件之退火处理：由於锻件经常接有冷成型或车型等加工步骤，退火处理一不可避 免之热处理过程。所需之退火过程必须取决於锻件之材料及后接之製 程。切削用之锻件退火处理一若锻件材料须有球化组织以便随后之切 削成型，我们可採用热锻温度於奥斯田化温度之上，然后在锻后直接 将锻件出送到一具有球化处理温度之炉内进行球化处理。此法可节省 製作之时间与成本。冷成型用之
11、锻件退火处理一為方便随后之冷成型 加工，我们当然希望锻件越短越好。故球化处理是最好之处理。在形 状及材料条件允许下，前述之步骤為最可取之处理。在冷成型后，由 於冷加工，成品之残餘应力应被注意到。我们应採取以前所讨论过的 应力退火处理来消除此种情况。均匀化退火处理均匀化处理（Homogenization ），是利用在高温进行长时间加 热，使内部的化学成分充分扩散，因此又称為扩散退火。加热温 度会因钢材种类有所差异，大钢锭通常在1200弋至1300弋之间进行均匀化处理，高碳钢在 1100弋至1200弋之间，而一般锻造或轧延之钢材则在1000C至1200弋 间进行此项热处理。球化退火处理 球化退火主
12、要的目的，是希望藉由热处理使钢铁材料内部的层状 或网状碳化物凝聚成為球状，使改善钢材之切削性能及加工塑性，特 别是高碳的工具钢更是需要此种退火处理。常见的球化退火处理包括： （1）在钢材 A1 温度的上方、下方反覆加热、冷却数次，使 A1 变态 所析出的雪明碳铁，继续附著成长在上述球化的碳化物上； （ 2 ）加热 至钢材 A3 或 Acm 温度上方，始碳化物完全固溶於沃斯田体后急冷， 再依上述方法进行球化处理。使碳化物球化，尚可增加钢材的淬火后 韧性、防止淬裂，亦可改善钢材的淬火回火后机械性质、提高钢材的 使用寿命。软化退火处理软化退火热处理的热处理程序是将工件加热到600C至650C范 围内
13、（A1温度下方），维持一段时间之后空冷，其主要目的在於使以 加工硬化的工件再度软化、回復原先之韧性，以便能再进一步加工。 此种热处理方法常在冷加工过程反覆实施，故又称之為製程退火。大 部分金属在冷加工后，材料强度、硬度会随著加工量渐增而变大，也 因此导致材料延性降低、材质变脆，若需要再进一步加工时，须先经 软化退火热处理才能继续加工。退火常见问题与解决技巧工件如何获得性能优异之微细波来体结构？ 退火处理会使钢材变软，淬火处理会使钢材变硬，相比较之下， 如施以正常化处理，则可获得层状波来铁组织，可有效改善钢材 的切削性及耐磨性，同时又兼具不会產生裂痕、变形量少与操作方便 等优点。然而正常化处理是
14、比较难的一种热处理技术，因為它採用空 冷的方式冷却，会受到许多因素而影响空冷效果，例如夏天和冬天之 冷却效果不同、工件大小对空冷速率有别、甚至风吹也会影响冷却速 率。因此正常化处理要使用各种方法来维持均一性，可利用遮阳、围 幕、坑洞、风扇等。正常化处理与退火处理之差异正常化处理维加热至A3点或Acm点以上4060弋保持一段时间，使钢材组织变成均匀的沃斯田体结构后，在静止的空气中冷却至室温 的热处理程序。对亚共析钢而言，可获得晶粒细化的目的而拥有好的 强度与韧性；对过共析钢而言，则可防止雪明碳铁在沃斯田铁晶粒边 界上形成网状析出，以降低材料的韧性。完全退火处理主要目的是要软化钢材、改善钢材之切削
15、性，其热 处理程序為加热至A3点以上2030弋（亚共析钢）或A1点以上 3050弋持温一段时间，使形成完全沃斯田体组织后（或沃斯田体加 雪明碳体组织），在A1点下方50弋使充分发生波来体变态，获至软 化的钢材。另外应力消除退火则是在变态点以下450650弋加热一段 时间后徐徐冷却至室温，可消除钢材内部在切削、冲压、铸造、熔接 过程所產生的残留应力。如何消除工件之残留应力？应力消除退火则是在变态点以下450650弋加热一段时间后徐徐 冷却至室温，可消除钢材内部在切削、冲压、铸造、熔接过程所產生 的残留应力。对碳钢而言，参考的加热温度為62525弋；对合金钢 而言，参考的加热温度為70025弋。持
16、温时间亦会有所差异，对碳 钢而言，保持时间為每 25mm 厚度持温 1 小时；对合金钢而言，保持 时间為每25mm厚度持温2小时，冷却速率為每后25mm以275弋/ 小时以下的冷却速率冷却之。如何预防加热变形？ 预防加热变形的发生，最好是缓慢加热，并实施预热处理。一般 钢材在选择预热温度时，可依下列準则来选定预热温度：（1）以变态 点以下作為预热温度，例如普通钢约在650700弋，高速钢则在800850弋左右。（2）以500弋左右作為预热温度。（3 ）二段式预 热，先在500弋左右作第一段预热，保持一段时间充分预热后，在将 预热温度调高至 A1 变态点以下。（4）三段式预热，针对含有高含量 合金之大型钢材，例如高速钢，有时需要在10001050弋作第三段预 热。
