正火退火详解Word格式.docx

1、这种退火方法，相当普遍地应用于钢。钢的重结晶退火工艺是:缓慢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（共析钢或过共析钢）以上3050，保持适当时间，然后缓慢冷却下来。通过加热过程中发生的珠光体（或者还有先共析的铁素体或渗碳体） 转变为奥氏体（第一回相变重结晶）以及冷却过程中发生的与此相反的第二回相变重结晶，形成晶粒较细、片层较厚、组织均匀的珠光体（或者还有先共析铁素体或 渗碳体）。退火温度在Ac3以上（亚共析钢）使钢发生完全的重结晶者，称为完全退火，退火温度在Ac1与Ac3之间 （亚共析钢）或Ac1与Acm之间（过共析钢）,使钢发生部分的重结晶者,称为不完全退火。前者主要用于亚共析钢的铸件、 锻轧件、

2、焊件，以消除组织缺陷（如魏氏组织、带状组织等），使组织变细和变均匀，以提高钢件的塑性和韧性。后者主要用于中碳和高碳钢及低合金结构钢的锻轧 件。此种锻、轧件若锻、轧后的冷却速度较大时，形成的珠光体较细、硬度较高；若停锻、停轧温度过低，钢件中还有大的内应力。此时可用不完全退火代替完全退 火，使珠光体发生重结晶,晶粒变细，同时也降低硬度，消除内应力,改善被切削性。此外,退火温度在Ac1与Acm之间的过共析钢球化退火,也是不完全退 火。重结晶退火也用于非铁合金，例如钛合金于 加热和冷却时发生同素异构转变，低温为 相（密排六方结构），高温为 相（体心立方结构），其中间是“”两相区，即相变温度区间。为了得

3、到接近平衡的室温稳定组织和细化晶粒，也进行重结晶退火，即缓慢加热到高于相变 温度区间不多的温度，保温适当时间，使合金转变为相的细小晶粒；然后缓慢冷却下来，使相再转变为相或两相的细小晶粒。等温退火 应用于钢和某些非铁合金如钛合金的一种控制冷却的退火方法。对钢来说，是缓慢加热到 Ac3（亚共析钢）或 Ac1（共析钢和过共析钢）以上不多的温度，保温一段时间,使钢奥氏体化,然后迅速移入温度在A1以下不多的另一炉内，等温保持直到奥氏体全部转变为片层 状珠光体（亚共析钢还有先共析铁素体；过共析钢还有先共析渗碳体）为止，最后以任意速度冷却下来（通常是出炉在空气中冷却）。等温保持的大致温度范围在所 处理钢种的

4、等温转变图上A1至珠光体转变鼻尖温度这一区间之内（见过冷奥氏体转变图）；具体温度和时间，主要根据退火后所要求的硬度来确定（图2）。等温 温度不可过低或过高，过低则退火后硬度偏高；过高则等温保持时间需要延长。钢的等温退火的目的，与重结晶退火基本相同,但工艺操作和所需设备都比较复杂, 所以通常主要是应用于过冷奥氏体在珠光体型相变温度区间转变相当缓慢的合金钢。后者若采用重结晶退火方法，往往需要数十小时，很不经济；采用等温退火则能 大大缩短生产周期，并能使整个工件获得更为均匀的组织和性能。等温退火也可在钢的热加工的不同阶段来用。例如,若让空冷淬硬性合金钢由高温空冷到室温时， 当心部转变为马氏体之时，在

5、已发生了马氏体相变的外层就会出现裂纹;若将该类钢的热钢锭或钢坯在冷却过程中放入700左右的等温炉内，保持等温直到珠光 体相变完成后，再出炉空冷，则可免生裂纹。含相稳定化元素较高的钛合金，其相相当稳定，容易被过冷。过冷的相，其等温转变动力学曲线（图3）与钢的过冷奥氏体等温转变图相似。为了缩短重结晶退火的生产周期并获得更细、更均匀的组织，亦可采用等温退火。均匀化退火 亦称扩散退火。应用于钢及非铁合金（如锡青铜、硅青铜、白铜、镁合金等）的铸锭或铸件的一种退火方法。将铸锭或铸件加热到各该合金的固相线温度以下的某一较高温度,长时间保温,然后缓慢冷却下来。均匀化退火是使合金中的元素发生固态扩散，来减轻化学

6、成分不均匀性（偏析）， 主要是减轻晶粒尺度内的化学成分不均匀性（晶内偏析或称枝晶偏析）。均匀化退火温度所以如此之高，是为了加快合金元素扩散，尽可能缩短保温时间。合金钢的 均匀化退火温度远高于Ac3，通常是10501200。非铁合金锭进行均匀化退火的温度一般是“0.95固相线温度（K）”,均匀化退火因加热温度 高，保温时间长，所以热能消耗量大。 球化退火 只应用于钢的一种退火方法。将钢加热到稍低于或稍高于Ac1的温度或者使温度在A1上下周期变化，然后缓冷下来。目的在于使珠光体内的片状渗碳体以及先共 析渗碳体都变为球粒状，均匀分布于铁素体基体中（这种组织称为球化珠光体）。具有这种组织的中碳钢和高碳

7、钢硬度低、被切削性好、冷形变能力大。对工具钢来 说，这种组织是淬火前最好的原始组织。 球化退火的具体工艺（图4）有：普通（缓冷）球化退火（图4a），缓冷适用于多数钢种，尤其 是装炉量大时，操作比较方便，但生产周期长；等温球化退火（图4b），适用于多数钢种，特别是难于球化的钢以及球化质量要求高的钢（如滚动轴承钢）；其 生产周期比普通球化退火短，不过需要有能够控制共析转变前冷却速率的炉子；周期球化退火（图4c），适用于原始组织为片层状珠光体组织的钢，其生产周期 也比普通球化退火短，不过在设备装炉量大的条件下，很难按控制要求改变温度，故在生产中未广泛采用；低温球化退火（图4d），适用于经过冷形变加工

8、的钢 以及淬火硬化过的钢（后者通常称为高温软化回火）；形变球化退火，形变加工对球化有加速作用,将形变加工与球化结合起来,可缩短球化时间。它适用于冷、热形变成形的钢件和钢材（如带材）（图4e是在Acm或Ac3与Ac1之间进行短时间、大形变量的热形变加工者；图4f是在常温先予以形变加工者；图4g是利用锻造余热进行球化者）。; q） y2 Z9 d c- A- a再结晶退火 应用于经过冷变形加工的金属及合金的一种退火方法。目的为使金属内部组织变为细小的等轴晶粒，消除形变硬化，恢复金属或合金的塑性和形变能力（回复和再结晶）。若欲保持金属或合金表面光亮，则可在可控气氛的炉中或真空炉中进行再结晶退火。去除

9、应力退火 铸、锻、焊件在冷却时由于各部位冷却速度不同而产生内应力，金属及合金在冷变形加工中以及工件在切削加工过程中也产生内应力。若内应力较大而未及时予以去 除，常导致工件变形甚至形成裂纹。去除应力退火是将工件缓慢加热到较低温度（例如，灰口铸铁是500550，钢是500650），保温一段时间, 使金属内部发生弛豫，然后缓冷下来。应该指出,去除应力退火并不能将内应力完全去除，而只是部分去除，从而消除它的有害作用。还有一些专用退火方法，如不锈耐酸钢稳定化退火；软磁合金磁场退火；硅钢片氢气退火；可锻铸铁可锻化退火等。-退火 annealing将工件加热到预定温度，保温一定的时间后缓慢冷却的金属热处理工

10、艺。退火的目的在于：改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。软化工件以便进行切削加工。细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。常用的退火工艺有：完全退火。用以细化中、低碳钢经 铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上3050，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在 冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。球化退火。用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上 2040，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体

11、中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。等温退火。用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高 硬度，以进行切削加工。一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低。再结晶退火。用以消除 金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象（硬度升高、塑性下降）。加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50150 ，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。石墨化退火。用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。工艺操作是将铸件加热到950左右 ，保温一定时间后适当冷却 ，使渗碳体分解形成团絮状石墨。扩散退火。用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使

12、用性能。方法是在不发生熔化的前提下 ，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。去应力退火。用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100200，保温后在空气中冷却，即可消除内应力。退火为了消除塑料制品的内应力或控制结晶过程，将制品加热到适当的温度并保持一定时间，而后慢慢冷却的操作。- I加热使DNA双螺旋解开，在一定的条件下，两条互补的单链依靠彼此的碱基配对重新形成双链DNA的过程，亦即复性过程。热变性的DNA单链在缓慢冷却过程中可以达到很好的退火。退火的两条单链可以来自同一个双链的DNA分子，也可以来自不同的DNA

13、分子。退火是变性的逆转过程，它受温度、时间、DNA浓度、DNA顺序的复杂性等因素的影 响。如PCR反应中引物与模板DNA的退火，核酸杂交中探针与被检DNA的退火。退火 annealing 在半导体技术中也常常采用退火技术。例如：（1）半导体芯片在经过离子注入以后就需要退火。因为往半导体中注入杂质离子时，高能量的入射离子会与半导体晶格上的原子碰撞，使一些晶格原子发生位移，结果造成大量的空位， 将使得注入区中的原子排列混乱或者变成为非晶区，所以在离子注入以后必须把半导体放在一定的温度下进行退火，以恢复晶体的结构和消除缺陷。同时，退火还有 激活施主和受主杂质的功能，即把有些处于间隙位置的杂质原子通过

14、退火而让它们进入替代位置。退火的温度一般为200800C，比热扩散掺杂的温度要低得 多。（2）蒸发电极金属以后需要进行退火，使得半导体表面与金属能够形成合金，以接触良好（减小接触电阻）。这时的退火温度要选取得稍高于金属-半导体的共熔点（对于Si-Al合金，为570度）。回火编辑本段钢的回火回火是工件淬硬后加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火一般紧接着淬火进行，其目的是：（a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；（c）稳定组织与尺寸，保证精度；（d）改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所

15、需性能的最后一道重要工序。 按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。（1）低温回火;工件在250以下进行的回火。目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。力学性能：5864HRC，高的硬度和耐磨性。应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。（2）中温回火工件在250500 之间进行的回火。目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。回火后得到回火托氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。3550HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。弹簧、

16、锻模、冲击工具等。（3）高温回火工件在500以上进行的回火。目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。9 x& X# r- t5 q200350HBS，较好的综合力学性能。广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质不仅作最终热处理，也可作一些精密零件或感应淬火件预先热处理。45钢正火和调质后性能比较见下表所示。45钢（20mm40mm）正火和调质后性能比较热处理方法力学性能组织b/Mpa100Ak/JHBS正火70080

17、015204064163220索氏体+铁素体调质75085020256496210250回火索氏体 T H J） q Y0 o; s钢淬火后在300左右回火时，易产生不可逆回火脆性，为避免它，一般不在250350 范围内回火。含铬、镍、锰等元素的合金钢淬火后在500650回火，缓冷易产生可逆回火脆性，为防止它，小零件可采用回火时快冷；大零件可选用含钨或钼的合金钢。淬火钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体1化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。通常也将铝

18、合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温 度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的的铁磁 性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。淬火能使钢强化的根本原因是相变，即奥氏体组织通过相变而成为马氏体组织（或贝氏体组织）。钢淬火工艺最早的应用见于河北易县燕下都遗址出土的战国时代的钢制兵器。淬火工艺最早的史料记载见于汉书.王褒传中的“清水焠其峰”。“淬火”在专业文献上，人们写的是

19、“淬火”，而读起来又称“蘸火”。“蘸火”已成为专业口头交流的习用词，但文献中又看不到它的存在。也就是说，淬火是标准词，人们不读它，“蘸火”是常用词，人们却不写它，这是我国文字中不多见的现象。淬火是“蘸火”的正词，淬火的古词为蔯火，本义是灭火，引申义是“将高温的物体急速冷却的工 艺”。“蘸火”是冷僻词，属于现代词，是文字改革后出现的产物，“蘸”字本义与淬火无关。“蘸火”本词为“湛火”，“湛”字读音同“蘸”，而其字形又与 水、火有关，符合“水与火合为蔯”之意，字义与“淬火”相通。“湛火”为本词，“蘸火”则为假借词将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺

20、。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零 件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。 另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。常用的钢在加热到临 界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最 高。钢淬火的

21、目的就是为了使它的组织全部或大部转变为马氏体，获得高硬度，然后在适当温度下回火，使工件具有预期的性能。淬火时的快速冷却会使工件内部产 生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级 淬火和贝氏体等温淬火4类。淬火效果的重要因素，淬火工件硬度要求和检测方法：淬火工件的硬度影响了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度计，测试HRC硬度。淬火的薄硬钢板和表面淬火工件可测试HRA的硬度。厚度小于0.8mm的淬火钢板、浅层表面淬火工件和直径小于5mm的淬火钢棒，可改用表面洛氏硬度计，测试HRN硬度。 在焊接中

22、碳钢和某些合金钢时，热影响区中可能发生淬火现象而变硬，易形成冷裂纹，这是在焊接过程中要设法防止的。由于淬火后金属硬而脆，产生的表面残余应力会造成冷裂纹，回火可作为在不影响硬度的基础上，消除冷裂纹的手段之一。淬火对厚度、直径较小的零件使用比较合适，对于过大的零件，淬火深度不够，渗碳也存在同样问题，此时应考虑在钢材中加入铬等合金来增加强度。 淬火是钢铁材料强化的基本手段之一。钢中马氏体是铁基固溶体组织中最硬的相（表1），故钢件淬火可以获得高硬度、高强度。但是，马氏体的脆性很大，加之淬火后钢件内部有较大的淬火内应力，因而不宜直接应用，必须进行回火。表1钢中铁基固溶体的显微硬度值淬火工艺在现代机械制造

23、工业得到广泛的应用。机械中重要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的 钢件几乎都经过淬火处理。为满足各种零件干差万别的技术要求，发展了各种淬火工艺。如，按接受处理的部位，有整体、局部淬火和表面淬火；按加热时相变是否 完全，有完全淬火和不完全淬火（对于亚共析钢，该法又称亚临界淬火）；按冷却时相变的内容，有分级淬火，等温淬火和欠速淬火等。工艺过程 包括加热、保温、冷却3个阶段。下面以钢的淬火为例，介绍上述三个阶段工艺参数选择的原则。 i加热温度 以钢的相变临界点为依据，加热时要形成细小、均匀奥氏体晶粒，淬火后获得细小马氏体组织。碳素钢的淬火加热温度范围如图1所示。由本图示出的淬火温度选择原则也适用于

24、大多数合金钢，尤其低合金钢。 亚共析钢加热温度为Ac3温度以上3050。从图上看，高温下钢的状态处在单相奥氏体（A）区内，故称为完全淬火。如亚共析钢加热温度高于Ac1、低 于Ac3温度，则高温下部分先共析铁素体未完全转变成奥氏体，即为不完全（或亚临界）淬火。过共析钢淬火温度为Ac1温度以上3050，这温度范围处 于奥氏体与渗碳体（A+C）双相区。因而过共析钢的正常的淬火仍属不完全淬火，淬火后得到马氏体基体上分布渗碳体的组织。这-组织状态具有高硬度和高耐磨 性。对于过共析钢，若加热温度过高，先共析渗碳体溶解过多，甚至完全溶解，则奥氏体晶粒将发生长大，奥氏体碳含量也增加。淬火后，粗大马氏体组织使钢

25、件淬 火态微区内应力增加，微裂纹增多，零件的变形和开裂倾向增加；由于奥氏体碳浓度高，马氏体点下降，残留奥氏体量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。常用钢种淬火的温度参见表2。表2常用钢种淬火的加热温度实际生产中，加热温度的选择要根据具体情况加以调整。如亚共析钢中碳含量为下限，当装炉量较多，欲增加零件淬硬层深度等时可选用温度上限；若工件形状复杂，变形要求严格等要采用温度下限。保温时间 由设备加热方式、零件尺寸、钢的成分、装炉量和设备功率等多种因素确定。对整体淬火而言，保温的目的是使工件内部温度均匀趋于一致。对各类淬火，其保温时间最终取决于在要求淬火的区域获得良好的淬火加热组织。加热与保温是影响淬火质

26、量的重要环节，奥氏体化获得的组织状态直接影响淬火后的性能。-般钢件奥氏体晶粒控制在58级。冷却方法 要使钢中高温相奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。工件在冷却过程中， 表面与心部的冷却速度有-定差异，如果这种差异足够大，则可能造成大于临界冷却速度部分转变成马氏体，而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情况。为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的淬火介质，以保证工件心部有足够高的冷却速度。但是冷却速度大，工件内部由于热胀冷缩不均匀造成内应力，可能使工件变形或开裂。因而要考虑上述两种矛盾因素，合理选择淬火介质和冷却方式。冷却阶段不仅零件

27、获得合理的组织，达到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形状精度，是淬火工艺过程的关键环节。分类 可按冷却方式分为单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等。冷却方式的选择要根据钢种、零件形状和技术要求诸因素。单液淬火 将工件加热后使用单一介质冷却，最常使用的有水和油两种，其变、温曲线如图2中的曲线1。为防止工件过大的变形和开裂，工件不宜在介质中冷至室温，可在 200300出水或油，在空气中冷却。单液淬火操作简单易行，广泛用于形状简单的工件。有时将工件加热后，先在空气中停留-段时间，再淬入淬火介质 中，以减少淬冷过程中工件内部的温差，降低工件变形与开裂的倾向，称为预冷淬火。图2 各种淬火冷却的变温曲线示意图 曲线1-单液淬火；曲线2-双液淬火； 曲线3-分级淬火；曲线4-等温淬火双液淬火 工件加热后，先淬入水或其他冷却能力强的介质中冷却至400左右，迅速转入油或其他冷却能力较弱的介质中冷却。变温曲线如图2中曲线2。所谓“水淬油 冷”法使用得相当普遍。先淬入冷却能力强的介质，工件快速冷却可避免钢中奥氏体分解。低温段转入冷却能力较弱的介质可有效减少工件的内应力，降低工件变形 和开裂倾向。本工艺的关键是