零讀雜談（熱處理十）

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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。
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讀書：《金屬材料及熱處理》　陸大纮　許晉堃　合編
( ^9 U* |3 o0 {/ i; y* P　　　人民鐵道出版社
/ t/ L6 ?3 _, U" W! H; ^- u/ l           《熱處理工程基礎》　   陸    興　主編
　　　機械工業出版社
　　　雜談十
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鋼的退火和正火

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7 P- q, W& ^4 T2 |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保溫后以小的冷卻速度冷卻下來的熱處理操作。
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一般的說，說退火和正火大體可以分為兩類。
/ s  k& l6 _( c. U# r一類是作為后續工序的中間熱處理，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。
; ^# |- _3 T3 }4 v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。
6 t. Q+ y, U# Y  \: N; J* v因此，退火和正火在實際應用中作為中間熱處理的居多。
6 d6 Q) u$ k) B* `! U9 K& j. A- i我們將退火和正火的目的歸納如下：
# E+ f* [3 f" z2 C% g+ T0 O! v. [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方向性。對于上述情況，生產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。

２。調整硬度，提高可切削性。
% k: _7 L9 B1 C$ h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 ~4 X" z# M8 S3。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。
' p( V' b* r# X2 k3 g9 a4。消除內應力。
. P# @" i; a% w# b9 s0 N) M8 X" K通過退火消除的內應力一般為熱應力。
$ |: l" G( l& n8 l5 _7 v/ X. P3 L5。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，經常會出現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，也就是鐵奧區與奧氏體區的交界線），Acm線（ES線，滲奧區與奧氏體區德交界線），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，過冷或者冷滯產生的原因在于形核，也就說，當沒有形核之前，即便溫度繼續降低，也不會出現結晶析出。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為一個解析的狀態。或者說脫離轉變平衡態。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+奧氏體的混合區同純奧氏體區的分界線。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長大，冷卻后得到的終態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狀滲碳體組織，使機械性能惡化。

2。不完全退火（球化退火）
區別于完全退火，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），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，在后面的章節里會詳細說到，這里不展開）。過共析鋼在兩項區保溫冷卻時，易形成球狀（粒狀）珠光體，而純奧氏體區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，可采用循環退火法。
3 L( I8 G8 X. K- c& g9 `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。
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3。擴散退火。
; Q9 @+ s7 h" D7 n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。

/ W, N! L+ S$ s+ X2 A( P' P4。等溫退火。
: s1 H! \# y4 \+ t/ l: h6 J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。
" F$ h  R+ P0 a! S等溫退火的優點有。A。時間比普通退火縮短（取決于保溫溫度）。B。可較好的控制組織與硬度。C。工件脫碳、氧化傾向小。
0 B$ R0 O: O4 D適合于碳鋼、合金鋼、高合金鋼等要求降低硬度的工件。
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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，其實也是現代短期時效的一種。

- b. D, h( [+ W6。再結晶退火。
針對經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。

' c, }- X* {% T, n' y( X7。正火。
* G; [( A% o5 L6 k, R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量也比退火狀態略少，同時過共析鋼析出的二次滲碳體也不易形成連續網狀組織。
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。
& |& R4 a* z  N+ L% @0 L5 kB。對于含碳量低于0.4%的鋼，正火后切削加工性好。
/ y/ L" J/ ?8 T' Z4 l0 Y# \- T& s4 QC。對于工具鋼（過共析鋼），正火可以消除或削弱網狀滲碳體，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。
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好了，就說這些。明天開始進入”淬火“階段。感謝諸位參與

LIAOYAO

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。
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; P5 R, W$ j  ~$ \% x% c學習手段就是直接記憶

余存

菜鳥前來膜拜學校

kuailin

看過后三天就忘，本來還記不全呢！記下后，只能經常溫習了，謝謝分享！

這樣的句點，

漲姿勢了

sxl127

受教了

sdh白癡

謝謝樓主
! }, _: Y) W7 @6 K. h辛苦樓主

gzzhangxuanlong

樓主說得很詳細

難得迷糊87

幸苦樓主