退火工藝

更新時間：2024-02-23 點擊次數：977次

◆ 退火工藝
退火是將金屬和合金加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火后組織亞共析鋼是鐵素體加片狀珠光體；共析鋼或過共析鋼則是粒狀珠光體。總之退火組織是接近平衡狀態的組織。
? 退火的目的
①降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工。
②細化晶粒，消除因鑄、鍛、焊引起的組織缺陷，均勻鋼的組織和成分，改善鋼的性能或為以后的熱處理作組織準備。
③消除鋼中的內應力，以防止變形和開裂。

? 退火工藝的種類
①均勻化退火（擴散退火)
均勻化退火是為了減少金屬鑄錠、鑄件或鍛坯的化學成分的偏析和組織的不均勻性，將其加熱到高溫，長時間保持，然后進行緩慢冷卻，以化學成分和組織均勻化為目的的退火工藝。
均勻化退火的加熱溫度一般為Ac3+（150～200℃），即1050～1150℃，保溫時間一般為10～15h，以保證擴散充分進行，大道消除或減少成分或組織不均勻的目的。由于擴散退火的加熱溫度高，時間長，晶粒粗大，為此，擴散退火后再進行完全退火或正火，使組織重新細化。

②完全退火
完全退火又稱為重結晶退火，是將鐵碳合金完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻，獲得接近平衡狀態組織的退火工藝。
完全退火主要用于亞共析鋼，一般是中碳鋼及低、中碳合金結構鋼鍛件、鑄件及熱軋型材，有時也用于它們的焊接構件。完全退火不適用于過共析鋼，因為過共析鋼完全退火需加熱到Acm以上，在緩慢冷卻時，滲碳體會沿奧氏體晶界析出，呈網狀分布，導致材料脆性增大，給最終熱處理留下隱患。
完全退火的加熱溫度碳鋼一般為Ac3+（30～50℃）；合金鋼為Ac3+（500～70℃）；保溫時間則要依據鋼材的種類、工件的尺寸、裝爐量、所選用的設備型號等多種因素確定。為了保證過冷奧氏體完全進行珠光體轉變，完全退火的冷卻必須是緩慢的，隨爐冷卻到500℃左右出爐空冷。

③不完全退火
不完全退火是將鐵碳合金加熱到Ac1～Ac3之間溫度，達到不完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻的退火工藝。
不完全退火主要適用于中、高碳鋼和低合金鋼鍛軋件等，其目的是細化組織和降低硬度，加熱溫度為Ac1+(40～60)℃，保溫后緩慢冷卻。

④等溫退火
等溫退火是將鋼件或毛坯件加熱到高于Ac3（或Ac1）溫度，保持適當時間后，較快地冷卻到珠光體溫度區間地某一溫度并等溫保持，使奧氏體轉變為珠光體型組織，然后在空氣中冷卻的退火工藝。
等溫退火工藝應用于中碳合金鋼和低合金鋼，其目的是細化組織和降低硬度。亞共析鋼加熱溫度為Ac3+(30～50)℃，過共析鋼加熱溫度為Ac3+(20～40)℃，保持一定時間，隨爐冷至稍低于Ar3溫度進行等溫轉變，然后出爐空冷。等溫退火組織與硬度比完全退火更為均勻。

⑤球化退火
球化退火是使鋼中碳化物球化而進行的退火工藝。將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫一段時間，然后緩慢冷卻，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。
球化退火主要適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。這些鋼經軋制、鍛造后空冷，所得組織是片層狀珠光體與網狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以后淬火過程中也容易變形和開裂。而經球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時，奧氏體晶粒不易長大，冷卻時工件變形和開裂傾向小。另外對于一些需要改善冷塑性變形（如沖壓、冷鐓等）的亞共析鋼有時也可采用球化退火。
球化退火加熱溫度為Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃，保溫后等溫冷卻或直接緩慢冷卻。在球化退火時奧氏化是“不完全”的，只是片狀珠光體轉變成奧氏體，及少量過剩碳化物溶解。因此，它不可能消除網狀碳化物，如過共析鋼有網狀碳化物存在，則在球化退火前須先進行正火，將其消除，才能保證球化退火正常進行。
球化退火工藝方法很多，最常用的兩種工藝是普通球化退火和等溫球化退火。普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫適當時間，然后隨爐緩慢冷卻，冷到500℃左右出爐空冷。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進行等溫，等溫時間為其加熱保溫時間的1.5倍。等溫后隨爐冷至500℃左右出爐空冷。和普通球化退火相比，球化退火不僅可縮短周期，而且可使球化組織均勻，并能嚴格地控制退火后的硬度。

⑥再結晶退火（中間退火）
再結晶退火是經冷形變后的金屬加熱到再結晶溫度以上，保持適當時間，使形變晶粒重新結晶成均勻的等軸晶粒，以消除形變強化和殘余應力的熱處理工藝。

⑦去應力退火
去應力退火是為了消除由于塑性形變加工、焊接等而造成的以及鑄件內存在的殘余應力而進行的退火工藝。
鍛造、鑄造、焊接以及切削加工后的工件內部存在內應力，如不及時消除，將使工件在加工和使用過程中發生變形，影響工件精度。采用去應力退火消除加工過程中產生的內應力十分重要。
去應力退火的加熱溫度低于相變溫度A1，因此，在整個熱處理過程中不發生組織轉變。內應力主要是通過工件在保溫和緩冷過程中消除的。為了使工件內應力消除得更徹底，在加熱時應控制加熱溫度。一般是低溫進爐，然后以100℃/h左右得加熱速度加熱到規定溫度。焊接件得加熱溫度應略高于600℃。保溫時間視情況而定，通常為2～4h。鑄件去應力退火的保溫時間取上限，冷卻速度控制在（20～50）℃/h，冷至300℃以下才能出爐空冷。