钢的退火和正火.ppt

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1、金属材料加工过程冶炼冶炼冶炼冶炼 铸造铸造铸造铸造铸锭铸锭铸件铸件热轧热轧热锻热锻板棒型管板棒型管焊接焊接机加工机加工冷轧冷轧冷拔冷拔深冲深冲锻件锻件机加工机加工零件或构件工艺性能，为加工和热处理作组织和性能上的准备工艺性能，为加工和热处理作组织和性能上的准备改变组织，改变组织，使用性能使用性能 预备热处理预备热处理 最终热处理最终热处理毛坯生产毛坯生产 预备热处理预备热处理 机械加机械加工工 最终热处理最终热处理 机械精加工机械精加工预备热处理预备热处理:退火退火;正火；调质正火；调质最终热处理最终热处理:淬火淬火;回火；表面热处理回火；表面热处理热处理工序位置的确定热处理工序位置的确定 第

2、七章 钢的退火与正火本章重点本章重点本章重点本章重点1.1.1.1.退火、正火的工艺组织性能应用的规律退火、正火的工艺组织性能应用的规律退火、正火的工艺组织性能应用的规律退火、正火的工艺组织性能应用的规律和特点；和特点；和特点；和特点；2.2.2.2.结构钢、工具钢、铸锻焊件的退火和正火工艺。结构钢、工具钢、铸锻焊件的退火和正火工艺。结构钢、工具钢、铸锻焊件的退火和正火工艺。结构钢、工具钢、铸锻焊件的退火和正火工艺。7-1 退火的目的、用途和工艺一一 退火退火 1 1 定义：定义：钢加热到适当温度，保温一钢加热到适当温度，保温一段时间后段时间后缓慢缓慢随炉随炉冷却冷却或控制其冷速，或控制其冷速

3、，获得获得平衡组织平衡组织的工艺。（珠光体）的工艺。（珠光体）“高于或低于高于或低于A Ac1c1”SAAc1 2 2 退火的分类：退火的分类：高温退火高温退火 （相变重结晶退火）（相变重结晶退火）T T加热加热AAc1c1(2)(2)低温退火低温退火完全退火完全退火不完全退火与球化退火不完全退火与球化退火等温退火等温退火扩散退火扩散退火T T加热加热A Ac1c1去应力退火去应力退火再结晶退火再结晶退火去氢退火去氢退火工艺参数工艺参数:3 3 退火的目的退火的目的 总体：总体：改善组织，提高性能改善组织，提高性能降低硬度，改善切削加工性能；降低硬度，改善切削加工性能；适合机加工的硬度范围：适

4、合机加工的硬度范围：150150250HB250HB细化晶粒，均匀组织；细化晶粒，均匀组织；消除内应力；消除内应力；去除气体，避免白点。去除气体，避免白点。注：当为目的注：当为目的时，往往用正火代替退火时，往往用正火代替退火 4 4 常用退火的工艺方法常用退火的工艺方法 （1 1）完全退火）完全退火TtAc3+20-30CAc3Ac1工艺规范工艺规范特点：特点：工工艺艺：完全奥氏体化；：完全奥氏体化；组织组织：层层片状珠光体。片状珠光体。目的：目的：降低硬度，改善切削加工性降低硬度，改善切削加工性能；能；细细化晶粒；消除内化晶粒；消除内应应力；减力；减轻组织轻组织不均匀性（消除魏氏不均匀性（消

5、除魏氏组织组织等）等）适用范适用范围围：含碳含碳0.300.60%的中碳的中碳钢钢、合、合金金钢钢的的铸铸、锻锻、热轧热轧、焊焊件的件的预备热处预备热处理。理。n n 对结构钢、弹簧钢、热作模具钢等的完全退对结构钢、弹簧钢、热作模具钢等的完全退火退火加热速度取火退火加热速度取100100200200/h/h，保温时间如下，保温时间如下式：式：n n=8.5+Q/4=8.5+Q/4（h h）n n 对于亚共析钢锻轧钢材完全退火主要是消除锻对于亚共析钢锻轧钢材完全退火主要是消除锻后的组织及硬度的不均匀性后的组织及硬度的不均匀性,改善切削加工性能改善切削加工性能,为后续的热处理做好组织准备为后续的热

6、处理做好组织准备.保温时间保温时间:n n =(34)+(0.40.5)Q(h)=(34)+(0.40.5)Q(h)n n冷却速度冷却速度:一般碳钢小于一般碳钢小于200 200/h/h，而碳钢而碳钢,低低合金钢合金钢:100:100/h /h 高合金钢高合金钢:50:50/h/h n n出炉温度出炉温度:600:600 以下以下晶粒细化的原因：晶粒细化的原因：完全退火完全退火相变重结晶过程相变重结晶过程.40钢退火前后金相组织钢退火前后金相组织晶粒细化晶粒细化 4545#钢锻后与完全退火后机械性能钢锻后与完全退火后机械性能 状态状态状态状态 b b(MpaMpa)s s(MpaMpa)(%)

7、(%)(%)(%)k k(kJ.m(kJ.m-2 2)HBHB锻后锻后锻后锻后6506507507503003004004005 5151520204040200200400400230230完全完全完全完全退火退火退火退火6006007007003003003503501515202040405050400400600600200200完全退火后强硬度有所下降，而塑韧性较大幅度提高完全退火后强硬度有所下降，而塑韧性较大幅度提高（2）球化退火不完全退火的一种 Ac1+20-30CAcm 或或Ac3Ac1Tt工艺规范工艺规范特点：特点：工工艺艺：不完全奥氏体化；：不完全奥氏体化；组织组织：球状或

8、粒状珠光体。：球状或粒状珠光体。目的：目的：降低硬度，改善切削加工性能；降低硬度，改善切削加工性能；获得均匀组织，改善热处理工艺性获得均匀组织，改善热处理工艺性 经淬火、回火后获得优良的综合机经淬火、回火后获得优良的综合机械性能械性能 适用范适用范围围：含含C量量较较高的工、模具高的工、模具钢钢的的预备热处预备热处理。理。工工艺艺关关键键：Fe3C形形态态控制控制 控制奥氏体化程度控制奥氏体化程度球的大小控制球的大小控制 控制控制过过冷奥氏体冷却冷奥氏体冷却转变转变的温度的温度片状与球状珠光体组织切削性能比较片状与球状珠光体组织切削性能比较层片状珠光体层片状珠光体粒粒(球球)状状珠光体珠光体刀

9、具刀具T12T12钢球化退火与完全退火的性能比较：钢球化退火与完全退火的性能比较：球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，碳化球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，碳化物对基体的分割更均匀、彻底，更利切削加工物对基体的分割更均匀、彻底，更利切削加工状态状态状态状态 b b(Mpa(Mpa)(%)(%)(%)(%)HBHB完全退火完全退火完全退火完全退火81081015153030230230球化退火球化退火球化退火球化退火62062020204040160160T12钢完全退火与球化退火后组织与性能比较钢完全退火与球化退火后组织与性能比较 T10钢球化退火组织(化染)500 （3）等温退火Ac1Ac3A

10、r1Tt等温完全退火等温完全退火等温球化退火等温球化退火优点：周期短，组织更均优点：周期短，组织更均匀，是完全退火和球匀，是完全退火和球化退火工艺的改进。化退火工艺的改进。炉子要求比较高，最好采用分段控温的连炉子要求比较高，最好采用分段控温的连续加热炉，小批量生产时可采用两台炉子续加热炉，小批量生产时可采用两台炉子（加热炉和保温炉）进行操作。（加热炉和保温炉）进行操作。（4）扩散退火n n1 1：定义：定义：n n扩散退火又称均匀化退火。将金属铸锭或锻坯，扩散退火又称均匀化退火。将金属铸锭或锻坯，在稍低于固相线的温度下长期加热，消除或减少化学成分在稍低于固相线的温度下长期加热，消除或减少化学成

11、分偏析及显维组织的不均匀性，以达到均匀化的目的的热处偏析及显维组织的不均匀性，以达到均匀化的目的的热处理工艺。理工艺。n n2 2：工艺：工艺：n na):a):一般均匀化温度可选择在高于一般均匀化温度可选择在高于0.80.80.9T0.9T熔，熔，但低于固相线温度。但低于固相线温度。n nb):b):碳钢一般选择碳钢一般选择1100110012001200度度.n nc):c):合金钢为使其共晶碳化物充分溶解，温度允许合金钢为使其共晶碳化物充分溶解，温度允许提高到提高到1150115012501250度度（4）扩散退火工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用适用范围范围(1)(1)高温，高温，长

12、时间长时间(2)(2)需再经需再经重结晶工艺重结晶工艺（完全退火（完全退火或正火）以或正火）以细化晶粒细化晶粒消除或消除或减轻偏减轻偏析、带析、带状组织状组织合金钢合金钢锭、大锭、大型铸钢型铸钢件件Acm 或或Ac3 Acm 或或Ac3200300CtT（5）再结晶退火与去应力退火（低温退火）工艺工艺名称名称工艺规范工艺规范目的目的适用范围适用范围再结再结晶退晶退火火消除加工消除加工消除加工消除加工硬化硬化硬化硬化完全消除完全消除完全消除完全消除残余应力残余应力残余应力残余应力冷塑性变冷塑性变冷塑性变冷塑性变形件形件形件形件去应去应力退力退火火消除内应力，消除内应力，消除内应力，消除内应力，防

13、止工件变防止工件变防止工件变防止工件变形形形形铸、锻、铸、锻、铸、锻、铸、锻、焊、冲压、焊、冲压、焊、冲压、焊、冲压、机加工件机加工件机加工件机加工件Ac1tT650700C300650C（6）去氢退火去氢去氢退火退火热轧后锻件冷却热轧后锻件冷却到到300-650300-650CC（珠（珠光体或光体或贝贝氏体区）氏体区），长时间长时间保温保温减小或减小或消除钢消除钢中的氢中的氢重要重要的结的结构件构件工艺参数的选择必须能造成氢在钢中的溶解度小而扩散速度比较大的条件。7-2 正火的目的、用途和工艺1 定义：定义：钢加热到钢加热到Ac3或或Acm以上的以上的A区域，保持区域，保持 一定时间后一定时

14、间后在空气中冷却，在空气中冷却，以以获得接近获得接近平平 衡态组织衡态组织的工艺。的工艺。与退火相比：与退火相比：加热温度较高；加热温度较高；冷却速率较快；冷却速率较快；获得组织较细（索氏体获得组织较细（索氏体）强硬度与塑韧性较高；强硬度与塑韧性较高；生产效率较高生产效率较高Acm 或或Ac3Ac1 Acm 或或Ac33050CTn n温度选择：Ac3+3050n n 为缩短工件在高温时的停留时间，而心部又能达到要求得加热温度，采用稍高于完全退火的温度。n n保温时间以工件烧透为准。状态状态状态状态 b b(MpaMpa)(%)(%)(%)(%)k k(kJ.m(kJ.m-2-2)HBHB正火

15、正火正火正火7007008008001515202020204040500500800800220220完全退火完全退火完全退火完全退火6506507007001515202040405050400400600600200200状态状态结构钢结构钢工具钢工具钢软的软的中等的中等的硬的硬的退火退火125125160160185185220220正火正火140140190190230230270270碳钢正火与退火后的硬度（HB）正火与退火态45#钢机械性能注：正火态强硬度与塑韧性均较高注：正火态强硬度与塑韧性均较高2 正火的目的 细化晶粒，消除铸锻焊件组织缺陷；提高低碳钢的硬度，改善切削加工性能

16、；消除高碳钢网状二次渗碳体，为球化退火做组织准备；型材或大型复杂铸钢件的最终热处理应注意的问题：应注意的问题：1 1低碳钢正火的目的：提高切削性能。低碳钢正火的目的：提高切削性能。n n2 2中碳钢正火应根据钢的成分及工件尺寸来确定中碳钢正火应根据钢的成分及工件尺寸来确定冷却方式。含碳量较高，含有合金元素，可采用冷却方式。含碳量较高，含有合金元素，可采用较缓慢冷却速度，如在静止空气中或成堆堆放冷较缓慢冷却速度，如在静止空气中或成堆堆放冷却，反之则采用较快冷却速度却，反之则采用较快冷却速度 n n3 3过共析钢正火：消除网状碳化物，可采用较大过共析钢正火：消除网状碳化物，可采用较大冷速，如鼓风，

17、喷雾，甚至油冷，水冷至冷速，如鼓风，喷雾，甚至油冷，水冷至Ar1Ar1点以点以下，取出空冷。下，取出空冷。n n4 4双重正火：过热组织或铸件粗大铸造组织，采双重正火：过热组织或铸件粗大铸造组织，采用两次正火用两次正火 第一次正火：第一次正火：AC3+150 200 AC3+150 200 第二第二次正火：次正火：A3+3050A3+3050目的是为了细化组织。目的是为了细化组织。3 正火与退火的选用 （1 1）含）含0 02525C C以下的钢，在没有其它热处理工以下的钢，在没有其它热处理工序时，可用正火来提高强度。序时，可用正火来提高强度。（2 2）对渗碳钢，用正火消除锻造缺陷及提高切）对

18、渗碳钢，用正火消除锻造缺陷及提高切削加工性能。但对含碳低于削加工性能。但对含碳低于0 02020的钢，如前所的钢，如前所述，应采用高温正火。对这类钢，只有形状复杂述，应采用高温正火。对这类钢，只有形状复杂的大型铸件，才用退火消除铸造应力。的大型铸件，才用退火消除铸造应力。n n（3 3）对含碳）对含碳）对含碳）对含碳0 0250.50250.50的钢，一般采用正火。的钢，一般采用正火。的钢，一般采用正火。的钢，一般采用正火。其中含碳其中含碳其中含碳其中含碳0 0250.35250.35钢，正火后其硬度接近于钢，正火后其硬度接近于钢，正火后其硬度接近于钢，正火后其硬度接近于最佳切削加工的硬度。对

19、含碳较高的钢，硬度虽最佳切削加工的硬度。对含碳较高的钢，硬度虽最佳切削加工的硬度。对含碳较高的钢，硬度虽最佳切削加工的硬度。对含碳较高的钢，硬度虽稍高稍高稍高稍高(200HB)(200HB)，但由于正火生产率高，成本低，仍，但由于正火生产率高，成本低，仍，但由于正火生产率高，成本低，仍，但由于正火生产率高，成本低，仍采用正火。只有对合金元素含量较高的钢才采用采用正火。只有对合金元素含量较高的钢才采用采用正火。只有对合金元素含量较高的钢才采用采用正火。只有对合金元素含量较高的钢才采用完全退火。完全退火。完全退火。完全退火。n n（4 4）对含碳）对含碳）对含碳）对含碳0 05005007575的

20、钢，一般采用完全的钢，一般采用完全的钢，一般采用完全的钢，一般采用完全退火。因为含碳量较高，正火后硬度太高，不利退火。因为含碳量较高，正火后硬度太高，不利退火。因为含碳量较高，正火后硬度太高，不利退火。因为含碳量较高，正火后硬度太高，不利于切削加工，而退火后的硬度正好适宜于切削加于切削加工，而退火后的硬度正好适宜于切削加于切削加工，而退火后的硬度正好适宜于切削加于切削加工，而退火后的硬度正好适宜于切削加工。此外，该类钢多在淬火、回火状态下使用，工。此外，该类钢多在淬火、回火状态下使用，工。此外，该类钢多在淬火、回火状态下使用，工。此外，该类钢多在淬火、回火状态下使用，因此二般工序安排是以退火降

21、低硬度，然后进行因此二般工序安排是以退火降低硬度，然后进行因此二般工序安排是以退火降低硬度，然后进行因此二般工序安排是以退火降低硬度，然后进行切削加工，最终进行淬火、回火。切削加工，最终进行淬火、回火。切削加工，最终进行淬火、回火。切削加工，最终进行淬火、回火。n n（5）含碳）含碳07510的钢，有的用来制的钢，有的用来制造弹簧，有的用来制造刀具。前者采用完造弹簧，有的用来制造刀具。前者采用完全退火作预备热处理，后者则采用球化退全退火作预备热处理，后者则采用球化退火。诚然，当采用不完全退火法使渗碳体火。诚然，当采用不完全退火法使渗碳体球化时，应先时行正火处理，以消除网状球化时，应先时行正火处

22、理，以消除网状渗碳体，并细化珠光体片。渗碳体，并细化珠光体片。（6）含碳大于）含碳大于1，0的钢用于制造工具，的钢用于制造工具，均采用球化退火作预备热处理。均采用球化退火作预备热处理。7-3 球化退火 定义：定义：球化退火是使钢获得弥散分布于铁素体球化退火是使钢获得弥散分布于铁素体上细粒状（球状）碳化物组织的工艺方法上细粒状（球状）碳化物组织的工艺方法目的：降低硬度，改善切削加工性能；为最终热处理做组织准备工艺：工艺：连续退火球不均匀；周期长连续退火球不均匀；周期长 等温退火球均匀；周期缩短等温退火球均匀；周期缩短球化退火工艺球化退火工艺n n（1）低温球化退火n n 低温球化退火是将钢材或钢

23、件加热到低温球化退火是将钢材或钢件加热到Ac1Ac1以下以下2020左右，长时间保温左右，长时间保温(决定于钢种及要求的球化决定于钢种及要求的球化程度程度)后缓冷或空冷至室温，以获得球状珠光体的后缓冷或空冷至室温，以获得球状珠光体的热处理工艺。热处理工艺。n n 适用于经冷形变加工或淬火后，以及原珠光适用于经冷形变加工或淬火后，以及原珠光体片层较薄，且无网状碳化物的情况。体片层较薄，且无网状碳化物的情况。（2）一次球化退火）一次球化退火n n 将钢加热到将钢加热到Ac1Ac1与与AcmAcm(或或Ac3)Ac3)之间，充分保温之间，充分保温(26h)(26h)，然后续馒冷却至，然后续馒冷却至5

24、00500一一650650出炉冷却，出炉冷却，称为一次球化退火。称为一次球化退火。n n 适用于周期作业炉生产，在工具和轴承生产适用于周期作业炉生产，在工具和轴承生产中得到广泛应用。中得到广泛应用。（3）等温球化退火）等温球化退火n n 等温球化退火工艺是将共析钢或过共析钢加等温球化退火工艺是将共析钢或过共析钢加热到热到Ac1Ac1十十(20(20一一3030)，保温适当时间，然后冷却，保温适当时间，然后冷却到略低于到略低于Ar1Ar1以下的温度，等温保持一定时间以下的温度，等温保持一定时间(使使等温转变进行完毕），然后炉冷或空冷的球化退等温转变进行完毕），然后炉冷或空冷的球化退火工艺。火工艺

25、。n n 与一次球化退火相比，等温球化退火可获得与一次球化退火相比，等温球化退火可获得较好的球化质量并可节约工艺时间，多应用于碳较好的球化质量并可节约工艺时间，多应用于碳钢及合金钢刀具、冷冲模具以及轴承零件的等温钢及合金钢刀具、冷冲模具以及轴承零件的等温球化退火。球化退火。(4)往复球化退火往复球化退火n n 将钢加热到将钢加热到AclAcl以上稍高的温度，短时保温后冷以上稍高的温度，短时保温后冷却至略低于却至略低于Ar1Ar1，再行短时保温，如此反复进行多，再行短时保温，如此反复进行多次，称为往复球化退火。次，称为往复球化退火。n n适用于小批量生产的小型工具。适用于小批量生产的小型工具。影

26、响球化质量的因素 加热温度决定球化程加热温度决定球化程温度过高：温度过高：A A均匀，粗片状均匀，粗片状P P少量球状渗碳体少量球状渗碳体 过热组织过热组织温度过低：细片状温度过低：细片状P P球状渗碳体球状渗碳体 欠热组织欠热组织 冷却速度n n球大小球大小球大小球大小 均匀度均匀度均匀度均匀度 钢硬度钢硬度钢硬度钢硬度n n冷速慢：颗粒大而均匀冷速慢：颗粒大而均匀冷速慢：颗粒大而均匀冷速慢：颗粒大而均匀冷速快：颗粒小，硬度高冷速快：颗粒小，硬度高冷速快：颗粒小，硬度高冷速快：颗粒小，硬度高总要求：总要求：总要求：总要求：A A A Ar1r1r1r1附近缓慢冷却附近缓慢冷却附近缓慢冷却附近

27、缓慢冷却 1 1 1 1 举例说明完全退火、不完全退火、正火的目的与应用。举例说明完全退火、不完全退火、正火的目的与应用。举例说明完全退火、不完全退火、正火的目的与应用。举例说明完全退火、不完全退火、正火的目的与应用。这三种工艺各如何选择加热温度？这三种工艺各如何选择加热温度？这三种工艺各如何选择加热温度？这三种工艺各如何选择加热温度？2 2 2 2 有一有一有一有一T8T8T8T8钢的工具，试问用什么样的热处理可获得：钢的工具，试问用什么样的热处理可获得：钢的工具，试问用什么样的热处理可获得：钢的工具，试问用什么样的热处理可获得：粗片状珠光体粒状渗碳体；粗片状珠光体粒状渗碳体；粗片状珠光体粒

28、状渗碳体；粗片状珠光体粒状渗碳体；细粒状渗碳体；细粒状渗碳体；细粒状渗碳体；细粒状渗碳体；粗粒状渗碳体；粗粒状渗碳体；粗粒状渗碳体；粗粒状渗碳体；细片状珠光体球状渗碳体。说明原细片状珠光体球状渗碳体。说明原细片状珠光体球状渗碳体。说明原细片状珠光体球状渗碳体。说明原因。因。因。因。3 3 3 3 有一有一有一有一20202020钢制造的轴，试问锻后采取什么样的热处理再进钢制造的轴，试问锻后采取什么样的热处理再进钢制造的轴，试问锻后采取什么样的热处理再进钢制造的轴，试问锻后采取什么样的热处理再进行切削加工？行切削加工？行切削加工？行切削加工？T8T8T8T8钢、钢、钢、钢、T12T12T12T12钢切削加工前的预备热处理工艺是钢切削加工前的预备热处理工艺是钢切削加工前的预备热处理工艺是钢切削加工前的预备热处理工艺是否相同，为什么？否相同，为什么？否相同，为什么？否相同，为什么？第七章 习题