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退火工藝、退火方法的分類、方式和方法選用

退火工藝,原來并不難!今天我們來聊一聊退火工藝、退火方法的分類、方式和方法選用。


退火工藝


將金屬或合金加熱到適當溫度,保溫一定時間,然后緩慢冷卻(一般為隨爐冷卻),的熱處理工藝叫做退火。


退火的實質(zhì)是將鋼加熱到奧氏體化后進行珠光體轉(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,便于機加工和冷變形加工。

(2)均勻鋼的化學成分及組織,細化晶粒,改善鋼的性能或為淬火作組織準備。

(3)消除內(nèi)應力和加工硬化,以防變形和開裂。


退火和正火主要用于預備熱處理,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。


退火方法的分類


常用的退火方法,按加熱溫度分為: 
臨界溫度(Ac1或Ac3)以上的相變重結(jié)晶退火:完全退火、擴散退火、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,Fe3CⅡ會以網(wǎng)狀沿晶界析出,使鋼的強度、硬度、塑性和韌性顯著降低,給最終熱處理留下隱患。


目的:細化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應力、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,保溫適當時間后,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,因為等溫退火不易使工件內(nèi)部或批量工件都達到等溫溫度。

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℃左右進行較長時間等溫。


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,奧氏體晶粒不易粗大,冷卻時變形和開裂傾向小。如果過共析鋼有網(wǎng)狀滲碳體存在時,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℃,保溫適當時間,然后隨爐緩慢冷卻。要求退火前原始組織為細片狀珠光體,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。


c)往復球化退火工藝。

5、擴散退火(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間保溫,然后緩慢冷卻以消除化學成分不均勻現(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,


保溫時間一般為10~15小時。擴散退火后需完全退火及正火處理,以細化組織。


應用于一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴重的合金鋼鑄件及鋼錠。

6、去應力退火

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。


去應力退火溫度低于A1,因此去應力退火不引起組織變化。


目的:消除殘余內(nèi)應力。


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時間,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。


再結(jié)晶退火的加熱溫度應比最低再結(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,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)應力,可以選用去應力退火;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)和化學成分的不均勻性,常選用擴散退火。

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