退火工藝
將金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度,保溫一定時(shí)間,然后緩慢冷卻(一般為隨爐冷卻),的熱處理工藝叫做退火。
退火的實(shí)質(zhì)是將鋼加熱到奧氏體化后進(jìn)行珠光體轉(zhuǎn)變,退火后的組織是接近平衡后的組織。
退火的目的:
(1)降低鋼的硬度,提高塑性,便于機(jī)加工和冷變形加工;
(2)均勻鋼的化學(xué)成分及組織,細(xì)化晶粒,改善鋼的性能或?yàn)榇慊鹱鹘M織準(zhǔn)
備;
(3)消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化,以防變形和開裂。
退火和正火主要用于預(yù)備熱處理,對于受力不大、性能要求不高的零件,退火和正火也可作為最終熱處理。
或Ac3)以上的相變重結(jié)晶退火:完全退火、擴(kuò)散退火、不完全退火、球化退火。
臨界溫度(Ac1或Ac3)以下的退火:再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火。
七類退火方式
1、完全退火
工藝:將鋼加熱到Ac3以上20~30℃,保溫一段時(shí)間后緩慢冷卻(隨爐)以獲得接近平衡組織的熱處理工藝(完全奧氏體化)。
完全退火主要用于亞共析鋼(wc=0.3~0.6%),一般是中碳鋼及低、中碳合金鋼鑄件、鍛件及熱軋型材,有時(shí)也用于它們的焊接件。低碳鋼完全退火后硬度偏低,不利于切削加工;過共析鋼加熱至Accm以上奧氏體狀態(tài)緩慢冷卻退火時(shí),F(xiàn)e3CⅡ會以網(wǎng)狀沿晶界析出,使鋼的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性顯著降低,給最終熱處理留下隱患。
目的:細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度和改善鋼的切削加工性。 亞共析鋼完全退火后的組織為F+P。
實(shí)際生產(chǎn)中,為提高生產(chǎn)率,退火冷卻至500℃左右即出爐空冷。
2、等溫退火
完全退火需要的時(shí)間長,尤其是過冷奧氏體化比較穩(wěn)定的合金鋼。如將奧氏體化后的鋼較快地冷至稍低于Ar1溫度等溫,是A轉(zhuǎn)變?yōu)镻,再空冷至室溫,可大大縮短退火時(shí)間,這種退火方法叫等溫退火。
工藝:將鋼加熱到高于Ac3(或Ac1)的溫度,保溫適當(dāng)時(shí)間后,較快冷卻到珠光體區(qū)的某一溫度,并等溫保持,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w,然后空冷至室溫的熱處理工藝。
目的:與完全退火相同,轉(zhuǎn)變較易控制。
適用于A較穩(wěn)定的鋼:高碳鋼(wc>0.6%)、合金工具鋼、高合金鋼(合金元素的總量>10%)。等溫退火還有利于獲得均勻的組織和性能。但不適用于大截面鋼件和大批量爐料,因?yàn)榈葴赝嘶鸩灰资构ぜ䞍?nèi)部或批量工件都達(dá)到等溫溫度。
3、不完全退火
工藝:將鋼加熱到Ac1~Ac3(亞共析鋼)或Ac1~Accm(過共析鋼)經(jīng)保溫后緩慢冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。
主要用于過共析鋼獲得球狀珠光體組織,以消除內(nèi)應(yīng)力,降低硬度,改善切削加工性。球化退火是不完全退火的一種。
4、球化退火
使鋼中碳化物球狀化,獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。
工藝:加熱至Ac1以上20~30℃溫度,保溫時(shí)間不宜太長,一般以2~4h為宜,冷卻方式通常采用爐冷,或在Ar1以下20℃左右進(jìn)行較長時(shí)間等溫。
主要用于共析鋼和過共析鋼,如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。過共析鋼經(jīng)軋制、鍛造后空冷的組織是片層狀的珠光體與網(wǎng)狀滲碳體,這種組織硬而脆,不僅難以切削加工,在以后的淬火過程中也容易變形和開裂。球化退火得到球狀珠光體,在球狀珠光體中,滲碳體呈球狀的細(xì)小顆粒,彌散分布在鐵素體基體上。球狀珠光體與片狀珠光體相比,不但硬度低,便于切削加工,而且在淬火加熱時(shí),奧氏體晶粒不易粗大,冷卻時(shí)變形和開裂傾向小。如果過共析鋼有網(wǎng)狀滲碳體存在時(shí),必須在球化退火前采用正火工藝消除,才能保證球化退火正常進(jìn)行。
目的:降低硬度、均勻組織、改善切削加工性為淬火作組織準(zhǔn)備。 球化退火工藝方法很多,主要有:
a)一次球化退火工藝:將鋼加熱到Ac1以上20~30℃,保溫適當(dāng)時(shí)間,然后隨爐緩慢冷卻。要求退火前原始組織為細(xì)片狀珠光體,不允許有滲碳體網(wǎng)存在。
b)等溫球化退火工藝:將鋼加熱保溫后,隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進(jìn)行等溫(一般在Ar1以下10~30℃)。等溫結(jié)束后隨爐緩冷到500℃左右即出爐空冷。有周期短,球化組織均勻,質(zhì)量易控等優(yōu)點(diǎn)。
c)往復(fù)球化退火工藝。
5、擴(kuò)散退火(均勻化退火)
工藝:將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下長時(shí)間保溫,然后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。
目的:消除鑄錠在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析及區(qū)域偏析,使成分和組織均勻化。
擴(kuò)散退火的加熱溫度很高,通常為Ac3或Accm以上100~200℃,具體溫度視偏析程度及鋼種而定,
保溫時(shí)間一般為10~15小時(shí)。擴(kuò)散退火后需完全退火及正火處理,以細(xì)化組織。
應(yīng)用于一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件及鋼錠。
6、去應(yīng)力退火
工藝:將鋼件加熱至低于Ac1的某一溫度(一般為500~650℃),保溫,然后隨爐冷卻。
去應(yīng)力退火溫度低于A1,因此去應(yīng)力退火不引起組織變化。
目的:消除殘余內(nèi)應(yīng)力。
7、再結(jié)晶退火
再結(jié)晶退火又稱中間退火,是把冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保持適當(dāng)時(shí)間,使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻容S晶粒而消除加工硬化和殘余應(yīng)力的熱處理工藝。
再結(jié)晶現(xiàn)象的產(chǎn)生,首先必須有一定量的冷塑性變形,其次必須加熱到一定溫度以上。發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象的最低溫度稱為最低再結(jié)晶溫度。一般金屬材料的最低再結(jié)晶溫度為:
T再=0.4T熔
再結(jié)晶退火的加熱溫度應(yīng)比最低再結(jié)晶溫度高100~200℃(鋼材的最低再結(jié)晶溫度為450℃左右),適當(dāng)保溫后緩慢冷卻。
退火方法的選用
退火方法的選用一般有以下幾個(gè)原則:
(1)亞共析組織的各種鋼一般選用完全退火,為了縮短退火時(shí)間,可以選用等溫退火;
(2)過共析鋼一般選用球化退火,要求不高時(shí),可以選用不完全退火。工具鋼、軸承鋼常選用球化退火。低碳鋼或中碳鋼的冷擠壓件和冷鐓件有時(shí)也用球化退火;
(3)為了消除加工硬化,可以選用再結(jié)晶退火;
(4)為了消除各種加工過程中所引起的內(nèi)應(yīng)力,可以選用去應(yīng)力退火; z 有些高級優(yōu)質(zhì)合金鋼的大型鑄鋼件,為了改善組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的不均勻性,常選用擴(kuò)散退火。