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熱處理-退火處理
來源:
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作者:鼎言熱處理
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發(fā)布時(shí)間: 2019-10-29
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鋼的熱處理工藝就是通過加熱、保溫和冷卻的方法改變鋼的組織結(jié)構(gòu),以獲得工件所要求性能的一種熱加工技術(shù)。鋼在加熱和冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律為制訂正確的熱處理工藝提供了理論依據(jù),為使鋼獲得限定的性能要求,其熱處理工藝參數(shù)的確定必須使具體工件滿足鋼的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律性。
根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得的組織和性能的不同,鋼的熱處理工藝可分為普通熱處理(退火、正火、淬火和回火)、表面熱處理(表面淬火和化學(xué)熱處理)及形變熱處理等。鋼退火與正火
按熱處理在工件加工工序中所處的位置不同,鋼的熱處理分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。為了消除制造毛壞時(shí)的內(nèi)應(yīng)力,細(xì)化晶粒,均勻組織,減少原始組織缺陷,改善切刖最終熱處理做組織準(zhǔn)備而進(jìn)行的熱處理稱為預(yù)備熱處理;為使工件滿足使用條件下的性能要求而進(jìn)行的熱處理稱為最終熱處理通常,退火和正火多用于預(yù)備熱處理。但對(duì)于一些受力不大、性能要求不高的機(jī)器零件,退火和正火也可作為最終熱處退火和正火是生產(chǎn)上應(yīng)用很廣泛的預(yù)備熱處理工藝。在機(jī)器零件加工過程中,退火和正火是一種先行工藝,具有承上啟下的作用:大部分機(jī)器零件、工件及模具的毛坯經(jīng)退火或正火后,不僅可以消除鑄件、鍛件及焊接件的內(nèi)應(yīng)力及成分和組織的不均勻性,而且也能改善和調(diào)整鋼的機(jī)械性能和工藝性能,為下道工序做好組織性能準(zhǔn)備。對(duì)于一些受力不大、性能要求不高的機(jī)器零件,退火和正火亦可作為最終熱處理。對(duì)于鑄件,退火和正火通常就是最終熱處理
1.退火
退火就是將工件加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?保持一定時(shí)間,然后緩慢冷卻的熱處理工藝。其主要目的是降低硬度,去除內(nèi)應(yīng)力,均勻鋼的化學(xué)成分和組織,細(xì)化晶粒,提高塑性,改善切削加工性能,為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備
生產(chǎn)中退火工藝得到廣泛應(yīng)用。以滾動(dòng)軸承的生產(chǎn)為例,從鋼坯到成品之間要經(jīng)過擴(kuò)散退火、脫氫退火、球化退火、去除內(nèi)應(yīng)力退火等多道工序。退火工藝方法多樣,需根據(jù)工件的不同目的和要求而靈活選用,常用的退火工藝方法有以下幾種。
(1)完全退火。
將工件加熱至完全奧氏體化后緩慢冷卻獲得接近平衡組織的退火工藝,稱為完全退火。亞共析鋼完全退火的加熱溫度為A2以上20~30℃。完全退火可使鋼件降低硬度,提高塑性,細(xì)化品粒,改善切削加工性能。過共析鋼一般不宜進(jìn)行完全退火。若將過共析鋼加熱至Acm以上完全奧氏體化后,在隨后的緩慢冷卻過程中,將會(huì)有網(wǎng)狀二次滲碳體析出,使鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性降低。
(2)不完全退火。
將鋼加熱至Ac1~Ac3(亞共析鋼)或A1Ac=m(過共析鋼)之間,經(jīng)保溫后緩慢冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。由于加熱至兩相區(qū)溫度,僅使奧氏體發(fā)生重結(jié)晶,故基本上不改變先共析鐵素體或滲碳體的形態(tài)及分布。如果亞共析鋼原始組織中的鐵素體已均勻細(xì)小,只是珠光體片間距小,硬度偏高,內(nèi)應(yīng)力較大,那么只要在Ac1以上、Ac3以下溫度進(jìn)行不完全退火,即可達(dá)到降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力的目的。由于不完全退火的加熱溫度低,時(shí)間短,因此,對(duì)于亞共析鋼的鍛件來說,若其鍛造工藝正常,鋼的原始組織分布合適,則可采用不完全退火代替完全退火。
不完全退火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。
(3)等溫退火。
將工件加熱至Ac3或Ac1以上的溫度,保持適當(dāng)時(shí)間后,以較快速度冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的某一溫度并等溫保持,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類組織后在空氣中冷卻的工藝稱為等溫退火。等溫退火的作用與完全退火相同。但工藝周期短,組織轉(zhuǎn)變比較均勻一致,因此,特別適用于大件及合金鋼件的退火。
(4)球化退火。為了使鋼中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火稱為球化退火。其工藝過程是將鋼加熱到Ac1以上20~30℃,保溫一定時(shí)間,然后緩慢冷卻至An以下20℃左右等溫一段時(shí)間隨后空冷。
與片狀碳化物組織相比,球狀碳化物可以改善鋼的塑性與韌性,降低硬度,改善切削加工性能和減少最終熱處理時(shí)的變形開裂傾向。細(xì)小均勻、圓形的碳化物,將使鋼的耐磨性、接觸疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性得到改善和提高。
若過共析鋼中存在網(wǎng)狀二次滲碳體的組織,應(yīng)先進(jìn)行正火,消除網(wǎng)狀組織,然后再進(jìn)行球化退火
(5)去應(yīng)力退火。
將工件加熱到500~600℃,并保溫一定時(shí)間,緩慢冷卻至300~200℃以下空冷,消除工件因塑性變形加工、切削加工或焊接造成的殘余內(nèi)應(yīng)力及鑄件內(nèi)存在的殘留應(yīng)力而進(jìn)行的退火,稱為去應(yīng)力退火。
鋼材在熱軋或鍛造后,在冷卻過程中因表面和心部冷卻速度不同造成內(nèi)外溫差,會(huì)產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。這種內(nèi)應(yīng)力和后續(xù)工藝因素產(chǎn)生的應(yīng)力疊加,易使工件發(fā)生變形和開裂。對(duì)于焊接件可以消除焊縫處由于組織不均勻而存在的內(nèi)應(yīng)力,而且能有效提高焊接接頭的強(qiáng)度,防止焊接工件變形和開裂。除消除內(nèi)應(yīng)力外去應(yīng)力退火還可降低硬度,提高尺寸穩(wěn)定性,防止工件的變形和開裂。
鋼的去應(yīng)力退火加熱溫度較寬,但不超過Ac1點(diǎn),因此,退火過程中不發(fā)生相變。鑄鐵件去應(yīng)力退火溫度一般為500550℃,超過550℃容易造成珠光體的石墨化。焊接工件的退火溫度一般為500~600℃。一些大的焊接構(gòu)件,難以在加熱爐內(nèi)進(jìn)行去應(yīng)力退火,常常采用火焰或工頻感應(yīng)加熱局部退火,其退火加熱溫度一般略高于爐內(nèi)加熱
去應(yīng)力退火保溫時(shí)間也要根據(jù)工件的截面尺寸和裝爐量決定。鋼的保溫時(shí)間為3mm/mm,鑄鐵的保溫時(shí)間為6mim/mn去應(yīng)力退火后的冷卻應(yīng)盡量緩慢,以免產(chǎn)生新的應(yīng)力。有些合金結(jié)構(gòu)鋼,由于合金元素的含量高,奧氏體較穩(wěn)定在鍛、軋后空冷時(shí)能形成馬氏體或貝氏體,硬度很高,不能切削加工,為了消除應(yīng)力和降低硬度,也可在A點(diǎn)以下低溫退火溫度范圍進(jìn)行軟化處理,使馬氏體或貝氏體在加熱過程中發(fā)生分解。這種處理實(shí)質(zhì)就是高溫回火。
(6)再結(jié)晶退火。
再結(jié)品退火是將冷變形金屬加熱到規(guī)定溫度,并保溫一定時(shí)間,然后緩慢冷卻到室溫的一種熱處理工藝。其目的是降低硬度,提高塑性,恢復(fù)并改善材料的性能。再結(jié)晶退火對(duì)于冷成形加工十分重要。在成形時(shí)因塑性變形而產(chǎn)生加工硬化,這就給進(jìn)一步的冷變形造成困難。因此,為了降低硬度,提高塑性,再結(jié)晶退火成為冷成形操作中不可缺少的工序。另外,對(duì)于沒有同素異晶轉(zhuǎn)變的金屬(如鋁、銅等)來說,采用冷塑性變形和再結(jié)晶退火的方法是獲得細(xì)小晶粒的一個(gè)重要手段。再結(jié)晶退火是把冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保持透當(dāng)?shù)臅r(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的熱處理工藝。鋼經(jīng)冷沖、冷軋或冷拉后會(huì)產(chǎn)生加工使化現(xiàn)象,使鋼的強(qiáng)度、硬度升高,塑性、韌性下降,切削加工性能和成形性能變差。經(jīng)過再結(jié)晶退火,消除了加工硬化,鋼的機(jī)械性能恢復(fù)到冷變形前的狀態(tài)。
冷變形鋼的再結(jié)晶溫度與化學(xué)成分和變形度等因素有關(guān)般來說,形變量越大,再結(jié)晶溫度越低,再結(jié)晶退火溫度也越低。不同的鋼都有一個(gè)臨界變形度,在這個(gè)變形度下,再結(jié)晶時(shí)晶粒將異常長(zhǎng)大。鋼的臨界變形度為6%~10%。一般鋼材再結(jié)晶退火溫度為650~700℃,保溫時(shí)間為1~3h。冷變形鋼再結(jié)晶退火后通常在空氣中冷卻。
再結(jié)晶退火既可作為鋼材或其他合金多道冷變形之間的中間退火,也可作為冷變形鋼材或其他合金成品的最終熱處理(7)擴(kuò)散退火。擴(kuò)散退火又稱均勻化退火,它是將鋼錠鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下保溫,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。其目的是消除鑄錠或在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析及區(qū)域偏析,使成分和組織均勻化。為使各元素在奧氏體中擴(kuò)散,擴(kuò)散退火加熱溫度很高,通常為Ac3或Acm以上150~300℃,具體加熱溫度視偏析程度和鋼種而定。碳鋼一般為1100-1200℃,合金鋼多采用1200-1300℃。保溫時(shí)間也與偏析程度和鋼種有關(guān),通?？砂醋畲笥行Ы孛?以每截面厚度25mm保溫30~60min,或按每毫米厚度保溫1.52.5min來計(jì)算。此外,還可視裝爐量大小而定。退火總時(shí)間可按下式計(jì)算:7=8.5+0/4(單位為h)。式中的Q是裝爐量(單位為t)。一般擴(kuò)散退火時(shí)間為10~15h。由于擴(kuò)散退火需要在高溫下長(zhǎng)時(shí)間加熱,因此,奧氏體品粒十分粗大,需要再進(jìn)行一次正常的完全退火或正火,以細(xì)化晶粒,消除過熱缺陷。高溫?cái)U(kuò)散退火生產(chǎn)周期長(zhǎng),消耗能量大,工件氧化,脫碳嚴(yán)重,成本很高,只有一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件及鋼錠才使用這種工藝。對(duì)于一般尺寸不大的鑄件或碳鋼鑄件,因其偏析程度較輕,可采用完全退火來細(xì)化晶粒,消除鑄造應(yīng)力。
2.正火
將工件加熱奧氏體化后在空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。正火工藝的加熱溫度要求足夠高,一般要求得到均勻的單相奧氏體組織,亞共析鋼的加熱溫度為Ae3以上30~50℃,過共析鋼為Acm以上30~50℃。
正火與退火工藝的區(qū)別是正火的冷卻速度稍快,得到的組織較細(xì)小,強(qiáng)度和硬度較高;同時(shí)操作簡(jiǎn)便,生產(chǎn)周期短,成本低。因此,正火是一種廣泛采用的預(yù)先熱處理方法。它主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面。
(1)低、中碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼鑄件、鍛件,通過正火處理,可以消除應(yīng)力,細(xì)化晶粒,改善切削加工性能,并可為最終熱處理做組織準(zhǔn)備。
(2)中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄件、鍛件及焊接件,由于在鑄、鍛、焊中容易出現(xiàn)粗大晶粒和其他組織缺陷。通過正火處理可以消除這些組織缺陷,并能細(xì)化晶粒,均勻組織,消除內(nèi)應(yīng)力。備。如工具鋼和軸承鋼中有網(wǎng)狀滲碳體時(shí),可通過正火(3)消除過共析鋼中的網(wǎng)狀滲碳體,為球化退火做組(4)作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理。一些受力不大,只需一定的綜合力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)件,采取正火就能滿足其使用性能要求,如55鋼制噴油器體等
3.退火與正火工藝的選擇
退火和正火都是預(yù)先熱處理工藝,其目的也幾乎相同。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中如何選擇,應(yīng)注意如下幾方面。
(1)切削加工性能。一般認(rèn)為硬度在160~230HBS范圍內(nèi)的鋼材,其切削加工性最好。硬度過高難以加工,而且刀具容易磨損。硬度過低,切削時(shí)容易“黏刀”,使刀具發(fā)熱而磨損,而且工件的表面粗糙。所以,低碳鋼宜用正火提高硬度,高碳鋼宜用退火降低硬度。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.5%的鋼,通常采用正火;碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%~0.75%的鋼般采用完全退火
碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.75%的鋼或高合金鋼均應(yīng)采用球化退火。
(2)使用性能。由于正火處理比退火處理具有更好的力學(xué)性能,因此,若正火和退火都能滿足使用性能要求,應(yīng)優(yōu)先采用正火。對(duì)于形狀復(fù)雜或尺寸較大的工件,因正火可能產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力,導(dǎo)致變形和裂紋,故宜采用退火。
(3)經(jīng)濟(jì)性。由于正火比退火生產(chǎn)周期短,效率高,成本低,操作簡(jiǎn)便,因此,盡可能地優(yōu)先采用正火。
根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得的組織和性能的不同,鋼的熱處理工藝可分為普通熱處理(退火、正火、淬火和回火)、表面熱處理(表面淬火和化學(xué)熱處理)及形變熱處理等。鋼退火與正火
按熱處理在工件加工工序中所處的位置不同,鋼的熱處理分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。為了消除制造毛壞時(shí)的內(nèi)應(yīng)力,細(xì)化晶粒,均勻組織,減少原始組織缺陷,改善切刖最終熱處理做組織準(zhǔn)備而進(jìn)行的熱處理稱為預(yù)備熱處理;為使工件滿足使用條件下的性能要求而進(jìn)行的熱處理稱為最終熱處理通常,退火和正火多用于預(yù)備熱處理。但對(duì)于一些受力不大、性能要求不高的機(jī)器零件,退火和正火也可作為最終熱處退火和正火是生產(chǎn)上應(yīng)用很廣泛的預(yù)備熱處理工藝。在機(jī)器零件加工過程中,退火和正火是一種先行工藝,具有承上啟下的作用:大部分機(jī)器零件、工件及模具的毛坯經(jīng)退火或正火后,不僅可以消除鑄件、鍛件及焊接件的內(nèi)應(yīng)力及成分和組織的不均勻性,而且也能改善和調(diào)整鋼的機(jī)械性能和工藝性能,為下道工序做好組織性能準(zhǔn)備。對(duì)于一些受力不大、性能要求不高的機(jī)器零件,退火和正火亦可作為最終熱處理。對(duì)于鑄件,退火和正火通常就是最終熱處理
1.退火
退火就是將工件加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?保持一定時(shí)間,然后緩慢冷卻的熱處理工藝。其主要目的是降低硬度,去除內(nèi)應(yīng)力,均勻鋼的化學(xué)成分和組織,細(xì)化晶粒,提高塑性,改善切削加工性能,為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備
生產(chǎn)中退火工藝得到廣泛應(yīng)用。以滾動(dòng)軸承的生產(chǎn)為例,從鋼坯到成品之間要經(jīng)過擴(kuò)散退火、脫氫退火、球化退火、去除內(nèi)應(yīng)力退火等多道工序。退火工藝方法多樣,需根據(jù)工件的不同目的和要求而靈活選用,常用的退火工藝方法有以下幾種。
(1)完全退火。
將工件加熱至完全奧氏體化后緩慢冷卻獲得接近平衡組織的退火工藝,稱為完全退火。亞共析鋼完全退火的加熱溫度為A2以上20~30℃。完全退火可使鋼件降低硬度,提高塑性,細(xì)化品粒,改善切削加工性能。過共析鋼一般不宜進(jìn)行完全退火。若將過共析鋼加熱至Acm以上完全奧氏體化后,在隨后的緩慢冷卻過程中,將會(huì)有網(wǎng)狀二次滲碳體析出,使鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性降低。
(2)不完全退火。
將鋼加熱至Ac1~Ac3(亞共析鋼)或A1Ac=m(過共析鋼)之間,經(jīng)保溫后緩慢冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。由于加熱至兩相區(qū)溫度,僅使奧氏體發(fā)生重結(jié)晶,故基本上不改變先共析鐵素體或滲碳體的形態(tài)及分布。如果亞共析鋼原始組織中的鐵素體已均勻細(xì)小,只是珠光體片間距小,硬度偏高,內(nèi)應(yīng)力較大,那么只要在Ac1以上、Ac3以下溫度進(jìn)行不完全退火,即可達(dá)到降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力的目的。由于不完全退火的加熱溫度低,時(shí)間短,因此,對(duì)于亞共析鋼的鍛件來說,若其鍛造工藝正常,鋼的原始組織分布合適,則可采用不完全退火代替完全退火。
不完全退火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。
(3)等溫退火。
將工件加熱至Ac3或Ac1以上的溫度,保持適當(dāng)時(shí)間后,以較快速度冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的某一溫度并等溫保持,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類組織后在空氣中冷卻的工藝稱為等溫退火。等溫退火的作用與完全退火相同。但工藝周期短,組織轉(zhuǎn)變比較均勻一致,因此,特別適用于大件及合金鋼件的退火。
(4)球化退火。為了使鋼中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火稱為球化退火。其工藝過程是將鋼加熱到Ac1以上20~30℃,保溫一定時(shí)間,然后緩慢冷卻至An以下20℃左右等溫一段時(shí)間隨后空冷。
與片狀碳化物組織相比,球狀碳化物可以改善鋼的塑性與韌性,降低硬度,改善切削加工性能和減少最終熱處理時(shí)的變形開裂傾向。細(xì)小均勻、圓形的碳化物,將使鋼的耐磨性、接觸疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性得到改善和提高。
若過共析鋼中存在網(wǎng)狀二次滲碳體的組織,應(yīng)先進(jìn)行正火,消除網(wǎng)狀組織,然后再進(jìn)行球化退火
(5)去應(yīng)力退火。
將工件加熱到500~600℃,并保溫一定時(shí)間,緩慢冷卻至300~200℃以下空冷,消除工件因塑性變形加工、切削加工或焊接造成的殘余內(nèi)應(yīng)力及鑄件內(nèi)存在的殘留應(yīng)力而進(jìn)行的退火,稱為去應(yīng)力退火。
鋼材在熱軋或鍛造后,在冷卻過程中因表面和心部冷卻速度不同造成內(nèi)外溫差,會(huì)產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。這種內(nèi)應(yīng)力和后續(xù)工藝因素產(chǎn)生的應(yīng)力疊加,易使工件發(fā)生變形和開裂。對(duì)于焊接件可以消除焊縫處由于組織不均勻而存在的內(nèi)應(yīng)力,而且能有效提高焊接接頭的強(qiáng)度,防止焊接工件變形和開裂。除消除內(nèi)應(yīng)力外去應(yīng)力退火還可降低硬度,提高尺寸穩(wěn)定性,防止工件的變形和開裂。
鋼的去應(yīng)力退火加熱溫度較寬,但不超過Ac1點(diǎn),因此,退火過程中不發(fā)生相變。鑄鐵件去應(yīng)力退火溫度一般為500550℃,超過550℃容易造成珠光體的石墨化。焊接工件的退火溫度一般為500~600℃。一些大的焊接構(gòu)件,難以在加熱爐內(nèi)進(jìn)行去應(yīng)力退火,常常采用火焰或工頻感應(yīng)加熱局部退火,其退火加熱溫度一般略高于爐內(nèi)加熱
去應(yīng)力退火保溫時(shí)間也要根據(jù)工件的截面尺寸和裝爐量決定。鋼的保溫時(shí)間為3mm/mm,鑄鐵的保溫時(shí)間為6mim/mn去應(yīng)力退火后的冷卻應(yīng)盡量緩慢,以免產(chǎn)生新的應(yīng)力。有些合金結(jié)構(gòu)鋼,由于合金元素的含量高,奧氏體較穩(wěn)定在鍛、軋后空冷時(shí)能形成馬氏體或貝氏體,硬度很高,不能切削加工,為了消除應(yīng)力和降低硬度,也可在A點(diǎn)以下低溫退火溫度范圍進(jìn)行軟化處理,使馬氏體或貝氏體在加熱過程中發(fā)生分解。這種處理實(shí)質(zhì)就是高溫回火。
(6)再結(jié)晶退火。
再結(jié)品退火是將冷變形金屬加熱到規(guī)定溫度,并保溫一定時(shí)間,然后緩慢冷卻到室溫的一種熱處理工藝。其目的是降低硬度,提高塑性,恢復(fù)并改善材料的性能。再結(jié)晶退火對(duì)于冷成形加工十分重要。在成形時(shí)因塑性變形而產(chǎn)生加工硬化,這就給進(jìn)一步的冷變形造成困難。因此,為了降低硬度,提高塑性,再結(jié)晶退火成為冷成形操作中不可缺少的工序。另外,對(duì)于沒有同素異晶轉(zhuǎn)變的金屬(如鋁、銅等)來說,采用冷塑性變形和再結(jié)晶退火的方法是獲得細(xì)小晶粒的一個(gè)重要手段。再結(jié)晶退火是把冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保持透當(dāng)?shù)臅r(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的熱處理工藝。鋼經(jīng)冷沖、冷軋或冷拉后會(huì)產(chǎn)生加工使化現(xiàn)象,使鋼的強(qiáng)度、硬度升高,塑性、韌性下降,切削加工性能和成形性能變差。經(jīng)過再結(jié)晶退火,消除了加工硬化,鋼的機(jī)械性能恢復(fù)到冷變形前的狀態(tài)。
冷變形鋼的再結(jié)晶溫度與化學(xué)成分和變形度等因素有關(guān)般來說,形變量越大,再結(jié)晶溫度越低,再結(jié)晶退火溫度也越低。不同的鋼都有一個(gè)臨界變形度,在這個(gè)變形度下,再結(jié)晶時(shí)晶粒將異常長(zhǎng)大。鋼的臨界變形度為6%~10%。一般鋼材再結(jié)晶退火溫度為650~700℃,保溫時(shí)間為1~3h。冷變形鋼再結(jié)晶退火后通常在空氣中冷卻。
再結(jié)晶退火既可作為鋼材或其他合金多道冷變形之間的中間退火,也可作為冷變形鋼材或其他合金成品的最終熱處理(7)擴(kuò)散退火。擴(kuò)散退火又稱均勻化退火,它是將鋼錠鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下保溫,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。其目的是消除鑄錠或在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析及區(qū)域偏析,使成分和組織均勻化。為使各元素在奧氏體中擴(kuò)散,擴(kuò)散退火加熱溫度很高,通常為Ac3或Acm以上150~300℃,具體加熱溫度視偏析程度和鋼種而定。碳鋼一般為1100-1200℃,合金鋼多采用1200-1300℃。保溫時(shí)間也與偏析程度和鋼種有關(guān),通?？砂醋畲笥行Ы孛?以每截面厚度25mm保溫30~60min,或按每毫米厚度保溫1.52.5min來計(jì)算。此外,還可視裝爐量大小而定。退火總時(shí)間可按下式計(jì)算:7=8.5+0/4(單位為h)。式中的Q是裝爐量(單位為t)。一般擴(kuò)散退火時(shí)間為10~15h。由于擴(kuò)散退火需要在高溫下長(zhǎng)時(shí)間加熱,因此,奧氏體品粒十分粗大,需要再進(jìn)行一次正常的完全退火或正火,以細(xì)化晶粒,消除過熱缺陷。高溫?cái)U(kuò)散退火生產(chǎn)周期長(zhǎng),消耗能量大,工件氧化,脫碳嚴(yán)重,成本很高,只有一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件及鋼錠才使用這種工藝。對(duì)于一般尺寸不大的鑄件或碳鋼鑄件,因其偏析程度較輕,可采用完全退火來細(xì)化晶粒,消除鑄造應(yīng)力。
2.正火
將工件加熱奧氏體化后在空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。正火工藝的加熱溫度要求足夠高,一般要求得到均勻的單相奧氏體組織,亞共析鋼的加熱溫度為Ae3以上30~50℃,過共析鋼為Acm以上30~50℃。
正火與退火工藝的區(qū)別是正火的冷卻速度稍快,得到的組織較細(xì)小,強(qiáng)度和硬度較高;同時(shí)操作簡(jiǎn)便,生產(chǎn)周期短,成本低。因此,正火是一種廣泛采用的預(yù)先熱處理方法。它主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面。
(1)低、中碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼鑄件、鍛件,通過正火處理,可以消除應(yīng)力,細(xì)化晶粒,改善切削加工性能,并可為最終熱處理做組織準(zhǔn)備。
(2)中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄件、鍛件及焊接件,由于在鑄、鍛、焊中容易出現(xiàn)粗大晶粒和其他組織缺陷。通過正火處理可以消除這些組織缺陷,并能細(xì)化晶粒,均勻組織,消除內(nèi)應(yīng)力。備。如工具鋼和軸承鋼中有網(wǎng)狀滲碳體時(shí),可通過正火(3)消除過共析鋼中的網(wǎng)狀滲碳體,為球化退火做組(4)作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理。一些受力不大,只需一定的綜合力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)件,采取正火就能滿足其使用性能要求,如55鋼制噴油器體等
3.退火與正火工藝的選擇
退火和正火都是預(yù)先熱處理工藝,其目的也幾乎相同。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中如何選擇,應(yīng)注意如下幾方面。
(1)切削加工性能。一般認(rèn)為硬度在160~230HBS范圍內(nèi)的鋼材,其切削加工性最好。硬度過高難以加工,而且刀具容易磨損。硬度過低,切削時(shí)容易“黏刀”,使刀具發(fā)熱而磨損,而且工件的表面粗糙。所以,低碳鋼宜用正火提高硬度,高碳鋼宜用退火降低硬度。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.5%的鋼,通常采用正火;碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%~0.75%的鋼般采用完全退火
碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.75%的鋼或高合金鋼均應(yīng)采用球化退火。
(2)使用性能。由于正火處理比退火處理具有更好的力學(xué)性能,因此,若正火和退火都能滿足使用性能要求,應(yīng)優(yōu)先采用正火。對(duì)于形狀復(fù)雜或尺寸較大的工件,因正火可能產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力,導(dǎo)致變形和裂紋,故宜采用退火。
(3)經(jīng)濟(jì)性。由于正火比退火生產(chǎn)周期短,效率高,成本低,操作簡(jiǎn)便,因此,盡可能地優(yōu)先采用正火。
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