钢的退火和正火

金属材料加工过程冶炼铸造铸锭铸件热轧热锻板棒型管焊接机加工冷轧冷拔深冲锻件机加工零件或构件工艺性能，为加工和热处理作组织和性能上的准备改变组织，使用性能预备热处理最终热处理毛坯生产预备热处理机械加工最终热处理机械精加工预备热处理:退火;正火；调质最终热处理:淬火;回火；表面热处理热处理工序位置的确定第七章钢的退火与正火本章重点1.退火、正火的工艺－组织－性能－应用的规律和特点；2.结构钢、工具钢、铸锻焊件的退火和正火工艺。§7-1退火的目的、用途和工艺一退火1定义：钢加热到适当温度，保温一段时间后缓慢随炉冷却或控制其冷速，获得平衡组织的工艺。（珠光体）“高于或低于Ac1”SAAc12退火的分类：⑴高温退火（相变重结晶退火）T加热Ac1(2)低温退火完全退火不完全退火与球化退火等温退火扩散退火T加热Ac1去应力退火再结晶退火去氢退火工艺参数:3退火的目的总体：改善组织，提高性能①降低硬度，改善切削加工性能；适合机加工的硬度范围：150～250HB②细化晶粒，均匀组织；③消除内应力；④去除气体，避免白点。注：当为目的②时，往往用正火代替退火4常用退火的工艺方法（1）完全退火TtAc3+20-30ºCAc3Ac1工艺规范特点：①工艺：完全奥氏体化；②组织：层片状珠光体。目的：①降低硬度，改善切削加工性能；②细化晶粒；消除内应力；减轻组织不均匀性（消除魏氏组织等）适用范围：含碳0.30~0.60%的中碳钢、合金钢的铸、锻、热轧、焊件的预备热处理。对结构钢、弹簧钢、热作模具钢等的完全退火退火加热速度取100～200℃/h，保温时间如下式：τ=8.5+Q/4（h）对于亚共析钢锻轧钢材完全退火主要是消除锻后的组织及硬度的不均匀性,改善切削加工性能,为后续的热处理做好组织准备.保温时间:τ=(3~4)+(0.4~0.5)Q(h)冷却速度:一般碳钢小于200℃/h，而碳钢,低合金钢:100℃/h高合金钢:50℃/h出炉温度:600℃以下晶粒细化的原因：完全退火→相变重结晶过程.α→γ→ααγα40钢退火前后金相组织——晶粒细化45#钢锻后与完全退火后机械性能状态σb(Mpa)σs(Mpa)δ(%)ψ(%)αk(kJ.m-2)HB锻后650－750300－4005－1520－40200－400230完全退火600－700300－35015－2040－50400－600200完全退火后强硬度有所下降，而塑韧性较大幅度提高（2）球化退火——不完全退火的一种Ac1+20-30ºCAcm或Ac3Ac1Tt工艺规范特点：①工艺：不完全奥氏体化；②组织：球状或粒状珠光体。目的：①降低硬度，改善切削加工性能；②获得均匀组织，改善热处理工艺性③经淬火、回火后获得优良的综合机械性能适用范围：含C量较高的工、模具钢的预备热处理。工艺关键：①Fe3C形态控制控制奥氏体化程度②球的大小控制控制过冷奥氏体冷却转变的温度片状与球状珠光体组织切削性能比较层片状珠光体粒(球)状珠光体刀具T12钢球化退火与完全退火的性能比较：球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，碳化物对基体的分割更均匀、彻底，更利切削加工状态σb(Mpa)δ(%)ψ(%)HB完全退火8101530230球化退火6202040160T12钢完全退火与球化退火后组织与性能比较T10钢球化退火组织(化染)500（3）等温退火Ac1Ac3Ar1Tt等温完全退火等温球化退火优点：周期短，组织更均匀，是完全退火和球化退火工艺的改进。炉子要求比较高，最好采用分段控温的连续加热炉，小批量生产时可采用两台炉子（加热炉和保温炉）进行操作。（4）扩散退火1：定义：扩散退火又称均匀化退火。将金属铸锭或锻坯，在稍低于固相线的温度下长期加热，消除或减少化学成分偏析及显维组织的不均匀性，以达到均匀化的目的的热处理工艺。2：工艺：a):一般均匀化温度可选择在高于0.8～0.9T熔，但低于固相线温度。b):碳钢一般选择1100～1200度.c):合金钢为使其共晶碳化物充分溶解，温度允许提高到1150～1250度（4）扩散退火工艺规范特点目的适用范围(1)高温，长时间(2)需再经重结晶工艺（完全退火或正火）以细化晶粒消除或减轻偏析、带状组织合金钢锭、大型铸钢件Acm或Ac3Acm或Ac3＋200~300ºCtT（5）再结晶退火与去应力退火（低温退火）工艺名称工艺规范目的适用范围再结晶退火①①消除加工硬化②完全消除残余应力冷塑性变形件去应力退火②消除内应力，防止工件变形铸、锻、焊、冲压、机加工件Ac1①②tT650－700ºC300－650ºC（6）去氢退火去氢退火热轧后锻件冷却到300-650ºC（珠光体或贝氏体区），长时间保温减小或消除钢中的氢重要的结构件工艺参数的选择必须能造成氢在钢中的溶解度小而扩散速度比较大的条件。§7-2正火的目的、用途和工艺1定义：钢加热到Ac3或Acm以上的A区域，保持一定时间后在空气中冷却，以获得接近平衡态组织的工艺。与退火相比：加热温度较高；冷却速率较快；获得组织较细（索氏体）——强硬度与塑韧性较高；生产效率较高Acm或Ac3Ac1Acm或Ac3＋30~50ºCT温度选择：Ac3+30~50℃为缩短工件在高温时的停留时间，而心部又能达到要求得加热温度，采用稍高于完全退火的温度。保温时间以工件烧透为准。状态σb(Mpa)δ(%)ψ(%)αk(kJ.m-2)HB正火700－80015－2020－40500－800220完全退火650－70015－2040－50400－600200状态结构钢工具钢软的中等的硬的退火～125～160～185～220正火～140～190～230～270碳钢正火与退火后的硬度（HB）正火与退火态45#钢机械性能注：正火态强硬度与塑韧性均较高2正火的目的①细化晶粒，消除铸锻焊件组织缺陷；②提高低碳钢的硬度，改善切削加工性能；③消除高碳钢网状二次渗碳体，为球化退火做组织准备；④型材或大型复杂铸钢件的最终热处理应注意的问题：1．低碳钢正火的目的：提高切削性能。2．中碳钢正火应根据钢的成分及工件尺寸来确定冷却方式。含碳量较高，含有合金元素，可采用较缓慢冷却速度，如在静止空气中或成堆堆放冷却，反之则采用较快冷却速度3．过共析钢正火：消除网状碳化物，可采用较大冷速，如鼓风，喷雾，甚至油冷，水冷至Ar1点以下，取出空冷。4．双重正火：过热组织或铸件粗大铸造组织，采用两次正火第一次正火：AC3+150~200℃第二次正火：A3+30~50℃目的是为了细化组织。3正火与退火的选用（1）含0．25％C以下的钢，在没有其它热处理工序时，可用正火来提高强度。（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，如前所述，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0．25—0.50％的钢，一般采用正火。其中含碳0．25—0.35％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0．50—0．75％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，因此二般工序安排是以退火降低硬度，然后进行切削加工，最终进行淬火、回火。（5）含碳0．75～1．0％的钢，有的用来制造弹簧，有的用来制造刀具。前者采用完全退火作预备热处理，后者则采用球化退火。诚然，当采用不完全退火法使渗碳体球化时，应先时行正火处理，以消除网状渗碳体，并细化珠光体片。（6）含碳大于1，0％的钢用于制造工具，均采用球化退火作预备热处理。§7-3球化退火定义：球化退火是使钢获得弥散分布于铁素体上细粒状（球状）碳化物组织的工艺方法目的：降低硬度，改善切削加工性能；为最终热处理做组织准备工艺：①连续退火－球不均匀；周期长②等温退火－球均匀；周期缩短球化退火工艺（1）低温球化退火低温球化退火是将钢材或钢件加热到Ac1以下20℃左右，长时间保温(决定于钢种及要求的球化程度)后缓冷或空冷至室温，以获得球状珠光体的热处理工艺。适用于经冷形变加工或淬火后，以及原珠光体片层较薄，且无网状碳化物的情况。（2）一次球化退火将钢加热到Ac1与Acm(或Ac3)之间，充分保温(2—6h)，然后续馒冷却至500一650℃出炉冷却，称为一次球化退火。适用于周期作业炉生产，在工具和轴承生产中得到广泛应用。（3）等温球化退火等温球化退火工艺是将共析钢或过共析钢加热到Ac1十(20一30℃)，保温适当时间，然后冷却到略低于Ar1以下的温度，等温保持一定时间(使等温转变进行完毕），然后炉冷或空冷的球化退火工艺。与一次球化退火相比，等温球化退火可获得较好的球化质量并可节约工艺时间，多应用于碳钢及合金钢刀具、冷冲模具以及轴承零件的等温球化退火。(4)往复球化退火将钢加热到Acl以上稍高的温度，短时保温后冷却至略低于Ar1，再行短时保温，如此反复进行多次，称为往复球化退火。适用于小批量生产的小型工具。影响球化质量的因素①加热温度－决定球化程温度过高：A均匀，粗片状P＋少量球状渗碳体——过热组织温度过低：细片状P＋球状渗碳体——欠热组织②冷却速度球大小均匀度钢硬度冷速慢：颗粒大而均匀冷速快：颗粒小，硬度高总要求：Ar1附近缓慢冷却1举例说明完全退火、不完全退火、正火的目的与应用。这三种工艺各如何选择加热温度？2有一T8钢的工具，试问用什么样的热处理可获得：①粗片状珠光体＋粒状渗碳体；②细粒状渗碳体；③粗粒状渗碳体；④细片状珠光体＋球状渗碳体。说明原因。3有一20钢制造的轴，试问锻后采取什么样的热处理再进行切削加工？T8钢、T12钢切削加工前的预备热处理工艺是否相同，为什么？第七章习题