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標題: 零讀雜談（熱處理十） [打印本頁]

作者: bkljp02 時間: 2015-10-31 09:08
標題: 零讀雜談（熱處理十）
開始正貼之前，先回復某位密我的大俠的問題。我手上沒有什么好的關于熱處理的外文資料。目前來說，中文版的東西已經(jīng)講得很深入了。作為基礎學習的話，沒必要舍近求遠了就。如果大俠水平已高，可以去找找有關的國外論文。這個我確實幫不上啥忙。OK，進正題。

讀書：《金屬材料及熱處理》　陸大纮　許晉堃　合編
　　　人民鐵道出版社
《熱處理工程基礎》　陸興　主編
　　　機械工業(yè)出版社
　　　雜談十

鋼的退火和正火

退火，又稱燜火；正火，又稱常化；二者是常用的熱處理工藝。二者都是將鋼加熱到奧氏體區(qū)保溫后以小的冷卻速度冷卻下來的熱處理操作。

一般的說，說退火和正火大體可以分為兩類。
一類是作為后續(xù)工序的中間熱處理，即對毛坯件或工件加工過程中的熱處理工序。這一類處理的主要目的是為了消除上一道工序如鑄造、鍛軋、焊接所帶來的組織上或性能上的缺陷（如晶粒粗，成份不均，塑性差等），并為下一道工序如切削、冷沖壓或熱處理創(chuàng)造較好條件。比如調整材質硬度便于切削，消除魏氏體組織等。
另一類是作為最終的熱處理，即制造過程的最后熱處理工序，工件經(jīng)過這次熱處理后性能應達到設計要求。主要用于普通鑄件、焊件等不重要部件，只要組織細化，內應力消除，性能有所提升即可。
因此，退火和正火在實際應用中作為中間熱處理的居多。
我們將退火和正火的目的歸納如下：
1。細化晶粒，提高機械性能。
以鑄件為例。一般鑄件晶粒粗大，多有魏氏體組織（如下圖上）。類似于上貝氏體，魏氏體忠的鐵素體常沿奧氏體晶面析出，成平行線條排列，強度低，塑性和韌性也較差。而對于扎制鋼，其中的鐵素體和珠光體分布成具有方向性的帶狀排列（如下圖下），使得鋼的機械性能出現(xiàn)方向性。對于上述情況，生產(chǎn)商常用退火和正火使晶粒細化，消除不良組織，以提高機械性能。

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２。調整硬度，提高可切削性。
對于含碳量較高的碳鋼和工具鋼，退火處理可以得到平衡組織，硬度低，塑性好，切削加工性能好，利于切削和沖壓。（一般硬度在HB180-250之間切削性好）。而對于低碳鋼，<0.4%C，退火后硬度過低，比如40號鋼，退火后只有160多的硬度，塑性過大，反而切削加工性不好，因此可采用正火。
3。消除偏析，使鋼的成分均勻化。
因為退火工藝的冷卻時間長，因此在高溫區(qū)停留時間也長，有利于原子擴散，使得最終成分均勻化。這種原子擴散不僅是碳的擴散，也包括鐵原子等金屬原子。
4。消除內應力。
通過退火消除的內應力一般為熱應力。
5。改善組織，為下一次熱處理作準備。
一般退火正火后的組織相對均勻，特別是球化處理過的鋼，在進行其他熱處理比如淬火時，加熱時碳化物易溶于奧氏體中，縮短加熱保溫時間，避免奧氏體長大，減小變形。

在進入到退火和正火工藝前，先說一說幾個常用的字符代表的含義。
在“四火”處理中，經(jīng)常會出現(xiàn)Ac1，Ac3，A1，Acm之類的字符，這些字符代表著不同的含義。如果沒有搞明白，很容易越看越迷糊。以下圖為參考說明。

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其中，基本的就是A3線（GS線，也就是鐵奧區(qū)與奧氏體區(qū)的交界線），Acm線（ES線，滲奧區(qū)與奧氏體區(qū)德交界線），A1線（PSK線，珠光體開始轉變線）。此外，“c"表示加熱，"r"表示冷卻。因此，雖然A1，Ac1，Ar1本質上說的是一回事，但是因為熱滯、冷滯現(xiàn)象，實際轉變溫度較A1線有上下波動。因此，這里來說，之前回復@水水5 時的解釋不夠精確。但也請一定不要將這個現(xiàn)象解釋為”過熱度“，因為那又是另外的概念了。另外，從本質上說，過冷或者冷滯產(chǎn)生的原因在于形核，也就說，當沒有形核之前，即便溫度繼續(xù)降低，也不會出現(xiàn)結晶析出。而熱滯，個人理解，根本上是晶體解析平衡的問題。也就是必須超過轉變線一定的溫度才能整體表現(xiàn)為一個解析的狀態(tài)?；蛘哒f脫離轉變平衡態(tài)。當然，如果哪位前輩有更準確的解釋，還希望大俠分享出來，以正視聽。
好了，轉回來說退火和正火工藝。一般退火工藝分為幾種，以下圖為參考。
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１。完全退火。
亞共析鋼加熱到Ac3以上20~30?C，使成單一的奧氏體組織，然后以及慢的速度冷卻(隨爐或者在砂、石灰中冷卻）以獲得珠光體和鐵素體，稱為完全退火。我們知道A3線是鐵素體+奧氏體的混合區(qū)同純奧氏體區(qū)的分界線。因此，完全退火必須加熱到Ac3線以上，以得到單一的奧氏體組織。如果加熱溫度不夠，則當存在粗大鐵素體時，冷卻后不能西化鐵素體晶粒，影響最終性能。如果加熱溫度過高，則奧氏體晶粒會繼續(xù)長大，冷卻后得到的終態(tài)鐵素體和珠光體團也粗大，同時脫碳、氧化也嚴重。因此Ac3以上20~30?C比較合適。另外，保溫時間也很重要，不過因為不同鋼材間的差異，這里不再延伸，有興趣的大俠可以自行查找，有經(jīng)驗公式，也有針對不同鋼的測定。
完全退火的冷卻速度需要嚴格控制。一般對于碳鋼以200?C/h為宜，低合金鋼100?C/h，高合金鋼20~50?C/h。
完全退火適用于亞共析鋼、共析鋼。不適用于過共析鋼。后者在緩慢冷卻過程中會析出大量的二次滲碳體，并沿奧氏體晶界形成網(wǎng)狀滲碳體組織，使機械性能惡化。

2。不完全退火（球化退火）
區(qū)別于完全退火，不完全退火主要針對過共析鋼，加熱到Ac1以上（也就是兩相混合區(qū)），保溫然后緩慢冷卻的熱處理。因此組織沒有完全奧氏體化，故稱為不完全退火。其目的是消除內應力，降低硬度，提高韌性，并使其組織中的珠光體及二次滲碳體均球化（關于球化，在后面的章節(jié)里會詳細說到，這里不展開）。過共析鋼在兩項區(qū)保溫冷卻時，易形成球狀（粒狀）珠光體，而純奧氏體區(qū)保溫冷卻時形成片狀珠光體。前者硬度低，便于加工，而且在以后的熱處理中加熱易奧氏體化，有利于縮短加熱時間，減小變形。
不完全退火加熱后，保溫時間應稍長，因為保溫溫度低，擴散轉變速度慢。而冷卻時，通過Ar1時也應特別緩慢，以保證滲碳體的球化。因此也成球化退火。對于一些一次球化難以達到目的的鋼，可采用循環(huán)退火法。
球化退火只適用于共析鋼和過共析鋼。雖然亞共析鋼也有特殊情況下球化的，但因為球化后硬度太低，不利于加工一般不采用。

3。擴散退火。
將鋼加熱到高溫（1050~1150?C）保溫10~20小時，緩慢冷卻的熱處理。擴散退火是以奧氏體長大帶來的原子擴散均勻化為目標的退火。但因退火后晶粒粗大，往往需要經(jīng)過一次完全退火來細化晶粒，提高機械性能。主要用于合金鋼特別是高合金鋼的鋼錠和鑄件。

4。等溫退火。
等溫退火是將鋼加熱到Ac3或Ac1以上，保溫后較快冷卻至A1以下某一略低溫度長時間等溫，等到珠光體轉變完全后再冷卻的熱處理。同前面說過的過冷一樣，因為存在形核問題，因此等溫退火的保溫溫度一定要低于A1，一般為600~700?C。而保溫溫度越高，保溫時間需求越長。此時，也可以通過激振法促進形核，縮短保溫時間。當珠光體轉變完成后，可以不限速度的冷卻，一般為空冷。
等溫退火的優(yōu)點有。A。時間比普通退火縮短（取決于保溫溫度）。B?？奢^好的控制組織與硬度。C。工件脫碳、氧化傾向小。
適合于碳鋼、合金鋼、高合金鋼等要求降低硬度的工件。

5。低溫退火。
低溫退火是將非淬火鋼加熱到Ac1以下（一般500~650?C）保溫后緩冷的熱處理。因為不發(fā)生奧氏體轉變，因此低溫退火只是消除鍛、焊、鑄中間的熱應力以及冷加工中機械內應力。硬度略為降低。必須強調，只針對非退火鋼。否則便是作了回火處理。低溫退火，其實也是現(xiàn)代短期時效的一種。

6。再結晶退火。
針對經(jīng)過冷塑性變形的低碳鋼在Ac1以下，再結晶溫度以上150~250?C（低碳鋼的再結晶溫度為450~500?C，因此再結晶溫度一般為600~700?C）加熱保溫緩冷的熱處理。目的是消除加工硬化，恢復塑性。

7。正火。
正火是將亞共析鋼加熱到Ac3以上30~50?C，過共析鋼加熱到Acm以上30~50?C保溫，然后在靜止或者流動的空氣中冷卻的熱處理。由于冷卻速度略高，最后組織中可以獲得較細的珠光體或者索氏體，非共析鋼正火后的鐵素體和二次滲碳體數(shù)量也比退火狀態(tài)略少，同時過共析鋼析出的二次滲碳體也不易形成連續(xù)網(wǎng)狀組織。
正火的應用范圍如下：
A。對性能不高的低碳鋼與中碳鋼零件，正火可以作為最終熱處理，使強度提高。
B。對于含碳量低于0.4%的鋼，正火后切削加工性好。
C。對于工具鋼（過共析鋼），正火可以消除或削弱網(wǎng)狀滲碳體，但正火后應再進行一次不完全退火。
D。對于亞共析鋼，可以改善組織，作為為以后淬火熱處理的準備態(tài)。

好了，就說這些。明天開始進入”淬火“階段。感謝諸位參與

作者: LIAOYAO 時間: 2015-10-31 09:42
俺早年讀這些熱處理書都是先看圖，能記得七七八八后再看文字說明。

學習手段就是直接記憶

作者: 余存 時間: 2015-10-31 13:10
菜鳥前來膜拜學校

作者: kuailin 時間: 2015-11-2 11:04
看過后三天就忘，本來還記不全呢！記下后，只能經(jīng)常溫習了，謝謝分享！

作者: 這樣的句點， 時間: 2015-11-3 13:57
漲姿勢了

作者: sxl127 時間: 2015-11-3 16:26
受教了

作者: sdh白癡 時間: 2015-11-10 10:38
謝謝樓主
辛苦樓主

作者: gzzhangxuanlong 時間: 2015-11-24 11:20

樓主說得很詳細

作者: 難得迷糊87 時間: 2015-11-24 11:22
幸苦樓主

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