热处理知识

A.再结晶退火在退火的过程中，当温度加热到一定温度后，新的未变形的晶粒形成，这些新的晶粒会吞噬原变形晶粒。晶粒重组的驱动力来自于存储的塑性变形（错位密度）。形核率和晶粒生长随着变形度的增加而增加。达到一定临界度的变形后再结晶就出现了。退火之后材料的硬度有所降低。管材，板材，带材和线材等再结晶退火是在冷卷，冷拉或其他冷变形工艺中完成的。很多中间过程的退火也是需要的，因为冷变形比如冷卷，需要经过很多次的轧制才能变成钢带，而线和管材需要经过很多次才能达到最终尺寸。由于最后一次退火是在接近，或者之前，甚至有时是在冷变形之后完成的，因此在最终发货状态之前，对于退火产品有个表面质量的要求，那就是表面光亮。词语“光亮退火”就是这么来的，它主要用于比较薄的产品，因为氧气或其他表面缺陷在冷轧的过程中如果进入工件会带来机械性能的降低。不同的合金钢具有不同退火温度。超过规定的温度或是长时间的保温会造成晶粒粗大，硬度降低。在特定的变形度，温度和时间的组合下，可能会出现不正常的晶粒增大，这些不正常的大晶粒会降低材料的性能表现。再结晶退火有时可作为最终的热处理，以获得特定的性能。奥氏体Cr/Ni钢的淬火软化（奥氏体合金的固溶热处理）就是其中一个例子。参照C.固溶退火和沉积硬化。B.去应力退火去应力退火的目的，从其名字就可以看出，是为了减少应力以避免零部件在今后的使用或生产过程中发生开裂或变形。去应力退火通常用于焊接件（见图2），冷成型件和机加工件。去应力退火的温度比再结晶退火的要低。去应力是一个通过错位重排减少金属内部能量的过程（注意同再结晶退火的毁灭性的错位重排不一样）。硬度和金相组织都没有明显的变化，其实际的重要性在于去除了内部的残余应力。如果不去除的话，会造成零部件的变形甚至成品部件的失效。对于奥氏体不锈钢或者黄铜制品来说，内部应力还可以造成胁强腐蚀。去应力退火的应用举例：1.焊接以后2.铸造以后3.粗加工以后4.用于之后需要进行表面低温硬化（比如渗碳或碳氮共渗）的零部件磨削或加工之前5.遭受腐蚀或对胁强腐蚀敏感的钢材的任何变形处理之后C.固溶退火和沉积硬化固溶退火是将一种或多种合金元素转变成固溶状态的热处理过程。其利用的原理是合金元素的溶解度随着温度的增加而增加。图3出了一个图释，B元素在富A区的α相内的溶解度随着温度的升高而增加。在固溶退火温度下，当合金元素进入固溶状态后，通常会有一个快速的淬火冷却过程以保存溶液中的溶质。这个过程之后，合金通常会变软。固溶退火，有时候被称作淬火软化，主要应用于奥氏体Cr/Ni钢，将其中的铬元素转变为固溶状态，这样可以产生腐蚀保护，让钢变成不锈钢。对于非铁合金，固溶退火很少单独使用，通常与时效处理结合起来。我们把这种结合称之为沉积硬化。也有一些钢，我们称之为沉积硬化钢和马氏体时效钢，就是利用沉积硬化来提高强度和韧性。经历过固溶退火和快速淬火后，溶质在晶体矩阵中处于过饱和状态。然后通过将合金加热到一个比固溶温度低的时效温度，其中过饱和的溶质可以沉积成非常小的微观金属化合物，氧化物和碳化物等。通过沉积硬化合金的硬度有所增加。这对于铝，铜，镍，钛合金来说，是一个非常重要的硬化机理。D.等温退火低合金钢（渗碳钢）拥有较低的碳含量，0.3%,被广泛应用于汽车行业，用来制造齿轮和其他传动部件。其可加工的均匀一致性是一个非常重要的要求，要想达到良好的可加工性，通常的实际做法就是采用等温退火。这个过程分2步，通常在一个连续的炉中完成。第一步是加热至930–940°C实现完全的奥氏体化，然后快速冷却到610–680°C。第二步是在这个温度下保温几个小时。这样处理后的金相组织为具有良好的断屑性能的铁素体-珠光体组织，具备良好的加工性。这些热处理技术已经很难找到了退火的种类1.完全退火和等温退火：完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。2.球化退火：球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢(如制造刃具，量具，模具所用的钢种)。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。3.去应力退火：去应力退火又称低温退火(或高温回火)，这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。4.淬火时，最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。加热缺陷及控制一、过热现象我们知道，热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。1.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料(常为不懂工艺发生的)。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。2.断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶接口，而冷却时这些夹杂物又会沿晶接口析出，受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。3.粗大组织的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处理。二、过烧现象加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。三、脱碳和氧化钢在加热时，表层的碳与介质(或气氛)中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质(或气氛)中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温(一般570℃以上)工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热(如净化后的惰性气体、控制炉内碳势)、火焰燃烧炉(使炉气呈还原性)。四、氢脆现象高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理(如回火、时效等)也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。E.球化退火球化退火用于含碳量相对较高的钢，一般大于0.35%。碳通常存在于板状渗碳体和碳化铁中，这种金相组织对于机加工很不利。为了提高可加工性，将钢加热到700–775°C范围内，对于工具钢和高速钢为820–880°C。保持这个温度2-6小时，然后缓慢冷却。这个工艺将粗糙的板条状渗碳体转变为圆的，甚至球形的渗碳体，从而提高了可加工性。F.正火经过热锻，热轧，铸造等处理后的低碳钢，其金相组织变得非常不均匀，而且包含非常粗大的晶粒。这样的组织强度和韧性都很差，可加工性也相应的变差。加热温度至奥氏体区域，大约800-920°C,10-20分钟以后原来的铁素体/珠光体组织转变为奥氏体晶粒。然后以一定的速率冷却，形成新的铁素体/珠光体组织，这时的组织比先前的晶粒更细，均匀性也更好。最后通过快速冷却获得较高的机械性能。对于管材和带材，正火通常是作为最后的退火操作工序。正火有时也被用作焊接管材冷拉前的热处理工序，通过正火能够产生均匀一致的金相组织，提高了冷拉的性能。