钢的退火和正火讲诉优秀PPT.ppt

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1、第八章第八章 钢的退火和正火钢的退火和正火 材料与冶金学院材料与冶金学院 李伟李伟金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火 主要内容主要内容 8.1 8.1 前言前言 8.2 8.2 钢的退火钢的退火 8.3 8.3 钢的正火钢的正火 8.4 8.4 退火和正火后组织与性能退火和正火后组织与性能 8.5 8.5 退火和正火缺陷退火和正火缺陷 金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火金属热处理工艺：金属热处理工艺：将工件放在确定的介质中加热、保温、冷却，通过将工件放在确定的介质中加热、保温、冷却，通过变更金属及合金表面或内部的组织结构来限制

2、其性能变更金属及合金表面或内部的组织结构来限制其性能的工艺方法。的工艺方法。金属热处理工艺学：金属热处理工艺学：在一般固态相变原理基础上，着重探讨钢铁热处理在一般固态相变原理基础上，着重探讨钢铁热处理工艺、原理对组织性能的影响规律。工艺、原理对组织性能的影响规律。8.1 前言金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火 热处理工艺种类热处理工艺种类依据加热和冷却方法不同依据加热和冷却方法不同一般热处理：退火、正火、淬火和回火一般热处理：退火、正火、淬火和回火表面热处理：表面淬火、化学热处理表面热处理：表面淬火、化学热处理特殊热处理：真空热处理、变形热处理、特殊热处理：真

3、空热处理、变形热处理、限制气氛热处理限制气氛热处理金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火不同冷却速率对不同冷却速率对45钢力学性能的影响钢力学性能的影响冷却方式 力 学 性 能 b（MPa）s（MPa）（%）（%）硬度（HRC）随炉冷却51927232.54915-18空气冷却657-70633315-1845-5018-24油冷却88260818-204840-50水冷却10787067-812-1452-60金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火一 确定加热规范的一般原则热处理基本工艺参数：加热温度、加热速度、保温时热处理基本工艺

4、参数：加热温度、加热速度、保温时间、冷却介质。它们确定了加热后金属的内部组织结间、冷却介质。它们确定了加热后金属的内部组织结构及各相成分。构及各相成分。工件热处理加热规范：由所选定的材料及工件的形态、工件热处理加热规范：由所选定的材料及工件的形态、尺寸确定，同时还与所接受的加热装置的功率、加热尺寸确定，同时还与所接受的加热装置的功率、加热方式、装炉数量、热处理工艺要求等因素有关。方式、装炉数量、热处理工艺要求等因素有关。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火箱式电阻炉箱式电阻炉井式电阻炉井式电阻炉金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火

5、1 1、加热温度的确定、加热温度的确定（1 1）确定加热温度的）确定加热温度的依据：依据：金属及合金的金属及合金的状态图，具体材状态图，具体材料的热处理工艺料的热处理工艺可查有关手册。可查有关手册。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火（2 2）加热温度的确定：）加热温度的确定：理论依据：相变临界点、再结晶温度。理论依据：相变临界点、再结晶温度。具具体体依依据据：工工件件的的热热处处理理目目的的，并并受受工工件件的的原原材材料料、尺尺寸、加工过程等的影响。寸、加工过程等的影响。选选择择加加热热温温度度是是一一个个较较困困难难的的多多因因素素问问题题，如如下下图图中

6、中的的程序方框图。程序方框图。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火（3 3）加热温度不当导致的热处理缺陷）加热温度不当导致的热处理缺陷过过烧烧：在在粗粗大大晶晶粒粒的的晶晶界界上上出出现现局局部部熔熔化化或或氧氧化化现现象象。极易导致淬火开裂。极易导致淬火开裂。过过热热：加加热热温温度度过过高高或或保保温温时时间间过过长长将将导导致致奥奥氏氏体体晶晶粒粒猛猛烈烈长长大大，在在以以后后的的退退火火或或正正火火过过程程中中形形成成粗粗大大的的铁铁素素体体、马马氏氏体体等等，晶晶间间存存在在着着明明显

7、显的的显显微微裂裂纹纹，易易导导致致淬淬火火开开裂裂。且且晶晶粒粒粗粗化化使使材材料料的的韧韧性性、强强度度降低。降低。欠欠热热：加加热热不不足足时时，未未充充分分奥奥氏氏体体化化，钢钢中中的的其其次次相相未未能能完完全全溶溶解解、冶冶炼炼或或热热加加工工过过程程中中的的缺缺陷陷不不能能完完全全消消退退，会会发发生生淬淬火火软软点点、硬硬度度不不均均或或不不足足、红红硬硬性性下降等。下降等。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火T12钢钢过烧过烧晶粒粗大，晶界氧化，部分晶界熔化形成裂纹晶粒粗大，晶界氧化，部分晶界熔化形成裂纹金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺

8、钢的退火与正火钢的退火与正火2 2、加热速度的确定、加热速度的确定依据：依据：主要由被加热工件在单位时间内、单位面积上所接主要由被加热工件在单位时间内、单位面积上所接受的热能来确定。且受材料的成分、工件的尺寸、以及热受的热能来确定。且受材料的成分、工件的尺寸、以及热处理工艺要求的不同所制约。处理工艺要求的不同所制约。加热速度越快加热速度越快，相变临界点提高越多，奥氏体形成的各个，相变临界点提高越多，奥氏体形成的各个阶段均移向较高的温度，完成奥氏体化的时间越短。并使奥阶段均移向较高的温度，完成奥氏体化的时间越短。并使奥氏体形成时的起始氏体形成时的起始晶粒细化晶粒细化，随之淬火可使工件具有，随之淬

9、火可使工件具有高的表高的表面硬度、强度、耐磨性，塑韧性也较高面硬度、强度、耐磨性，塑韧性也较高。但快速加热产生的热应力大，易产生变形、扭曲、开裂。但快速加热产生的热应力大，易产生变形、扭曲、开裂。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火（1 1）允许的加热速度：与钢的化学成分、工件尺寸及加热）允许的加热速度：与钢的化学成分、工件尺寸及加热的温度范围有关。可用传热学公式进行预料计算，并考虑的温度范围有关。可用传热学公式进行预料计算，并考虑塑性的影响。塑性的影响。（2 2）可能的加热速度：取决于加热设备的热量、加热介质）可能的加热速度：取决于加热设备的热量、加热介质的类

10、型、加热方式等。的类型、加热方式等。加热方式：随炉加热、预热加热、到温入炉加热、高温加热方式：随炉加热、预热加热、到温入炉加热、高温入炉加热。四种方式加热速度不同。入炉加热。四种方式加热速度不同。（3 3）快速加热：直径）快速加热：直径700mm700mm适用快速加热。对于大型工件，适用快速加热。对于大型工件，在在700700 C C以下时接受低的加热速度（以下时接受低的加热速度（20 20 C/hC/h），高温时），高温时用较高的加热速度（用较高的加热速度（40 40 C/hC/h左右左右 ）。）。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火3 3、加热时间的确定、加

11、热时间的确定（1 1）加热时间的确定原则：）加热时间的确定原则：加热时间是工件升温时间、透热时间、保温时间的总和：加热时间是工件升温时间、透热时间、保温时间的总和：加加=升升+透透+保保升温时间：工件入炉后表面到达炉内指示温度的时间，取升温时间：工件入炉后表面到达炉内指示温度的时间，取决于炉子或加热装置的热功率、加热介质、装炉数量、决于炉子或加热装置的热功率、加热介质、装炉数量、工件体积。工件体积。透热时间：工件心部与表面温度趋于一样的时间，取决于透热时间：工件心部与表面温度趋于一样的时间，取决于工件本身的体积、截面尺寸、导热性等。工件本身的体积、截面尺寸、导热性等。保温时间：为达到热处理工艺

12、要求而恒温保持的一段时间，保温时间：为达到热处理工艺要求而恒温保持的一段时间，完全取决于热处理本身的工艺要求。完全取决于热处理本身的工艺要求。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火热处理加热时间：工件达到热处理规范所要求温度的时热处理加热时间：工件达到热处理规范所要求温度的时间加上完成组织转变及其它热处理目的所要求的组织结间加上完成组织转变及其它热处理目的所要求的组织结构状态变更所须要的时间，通常用阅历法确定。构状态变更所须要的时间，通常用阅历法确定。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火4 4、影响热处理工件加热的因素、影响热处理工

13、件加热的因素 加热方式的影响：随炉加热、预热加热、到温入炉加热、加热方式的影响：随炉加热、预热加热、到温入炉加热、高温入炉加热，加热速度不同。高温入炉加热，加热速度不同。加热介质及工件放置方式的影响：加热介质及工件放置方式的影响：金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火二 金属加热的物理过程对流传热：热量的传递靠发热体与工件之间的气体或液体的相对流淌，将受热质点传导给较冷的金属表面进行加热的过程。单位时间内通过热交换面对流传热给工件的热量与对流给热系数及温度成正比。Q=cF(t介-t工)影响对流给热系数的因素：流体运动状况、流体的物理性质、工件表面形态及在炉内放置位

14、置。对流传热主要在600700C以下进行。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火辐射传热：由电磁波来传递热量的过程。物体受热后向各个方向放射辐射能，被另一物体吸取后又转化为热能而实现加热。金属在高于700C主要靠辐射作用。辐射能的载体是电磁波，确定波长内的辐射能被物体吸取后变为热能，并受隔热物、气体介质的影响。计算公式：物体在单位时间内由单位表面积辐射的能量计算式为 辐射传热时工件表面所吸取的热量计算式辐射传热时工件表面所吸取的热量计算式金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火传导传热：热量干脆由工件的一部分传递到另一部分，依靠传热物质

15、质点间的相互碰撞传递热量。单位时间内通过单位等温面的热流密度综合传热：实际加热中三种传热方式同时存在，场合不同，起主导作用的传热方式不同。传热效果：三种传热的单独传热结果的总和。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火三、钢加热时的脱碳及脱碳过程1）钢加热时的脱碳、增碳平衡：脱碳：钢加热时，钢的表面的碳和气氛反应而失去的现象。增碳：脱碳的逆反应2）炉气的碳势：碳势：纯铁与炉气平衡时表面含碳量，碳平衡。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火3）钢加热时的脱碳过程及脱碳层的组织特点:当炉气碳势低于钢中的含碳量时，钢的表面将发生脱碳。包括钢件

16、表面的碳与炉气发生化学反应；工件内部碳向表面的扩散。碳钢脱碳层有两种类型的组织：（1）半脱碳层：脱碳层组织自表面至中心为铁素体+珠光体珠光体确定含碳量的退火组织（2）全脱碳层：脱碳层组织自表面至中心为铁素体铁素体+珠光体珠光体确定含碳量的退火组织金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火四、加热介质的选择四、加热介质的选择1、真空加热：在低于一个大气压的淡薄空气中加热。只能减轻氧化现象，但氧化速度极慢，所以可避开氧化、脱碳。2、爱护气氛：工件加热时爱护其表面不氧化、不脱碳的气氛。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火8.2 钢的退火退火：

17、将偏离平衡的金属或合金加热、保温顺缓慢冷却(炉冷)，使其组织结构达到或接近平衡状态的热处理工艺。目的：降低硬度、提高塑性、改善组织、匀整化学成分和组织、消退内应力、细化晶粒、改善工艺性。可作为预先热处理，也可作最终热处理。1）改善硬度、提高切削性(200250HB)；2）提高塑性，利于冷变形加工(再结晶退火)；3）提高热处理工艺性，为后续热处理作组织准备。4）消退各类铸、锻、焊、冶金、热加工过程中的缺陷；5）改善元素分布：扩散退火；6）消退应力、稳定零件几何尺寸，避开变形开裂等。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火按加热温度分为：1、在临界温度以上的退火（发生相

18、变重结晶）：扩散退火、完全退火、不完全退火、球化退火；2、在临界温度以下的退火：再结晶退火、去应力退火。按退火目的不同分为：匀整化退火(扩散退火)、改善切削加工性的退火（完全退火或球化退火）、去除内应力的退火等。应用：可作为预先热处理，也可作最终热处理。规律：遵循奥氏体形成和珠光体转变的基本规律。一、退火工艺分类一、退火工艺分类金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火 完全退火完全退火 不完全退火不完全退火 扩散退火扩散退火 球化退火球化退火1）钢件钢件临界温度以上临界温度以上临界温度以下临界温度以下软化退火软化退火再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火取决于加热

19、温取决于加热温度、保温时间、度、保温时间、冷却速度及等冷却速度及等温温度等温温度等取决于加热温取决于加热温度的匀整性度的匀整性2）铸铁铸铁铸态合金铸态合金3）有色金属有色金属变形合金变形合金再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火扩散退火扩散退火石墨化退火石墨化退火去应力退火去应力退火金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火 将金属铸锭或锻坯，在稍低于固相线的温度下长将金属铸锭或锻坯，在稍低于固相线的温度下长期加热，消退或削减化学成分偏析及显微组织的不匀期加热，消退或削减化学成分偏析及显微组织的不匀

20、整性，以达到匀整化的目的的热处理工艺。整性，以达到匀整化的目的的热处理工艺。1.1.扩散退火（匀整化退火）扩散退火（匀整化退火）定义定义:应用应用:优质合金钢及偏析现象较为严峻的合金。优质合金钢及偏析现象较为严峻的合金。二、常用退火工艺方法 碳碳 钢钢：11001200；合金合金钢钢：12001300；铜铜合金：合金：700950；铝铝合金：合金：400500；Ac3或或Accm以上以上150300加热温度加热温度:金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火加热速度加热速度:100200/h；保温时间保温时间:一般按截面厚度每一般按截面厚度每25mm保温保温3060分

21、分钟钟，或按每毫，或按每毫米米厚度厚度保温保温1.52.5分分钟钟来来计计算。算。1）阅历公式计算阅历公式计算2）若装炉量大，可按下式计算若装炉量大，可按下式计算时间时间（h）装炉量（装炉量（t）保温时间一般为保温时间一般为1015h，否则氧化损失过重。，否则氧化损失过重。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火 扩散退火后晶粒特别粗大，须要再进行完全退火或扩散退火后晶粒特别粗大，须要再进行完全退火或正火。用扩散退火解决钢的化学成分和组织的不匀整是正火。用扩散退火解决钢的化学成分和组织的不匀整是有限的，有时须要变形加工消退。有限的，有时须要变形加工消退。冷却速度冷却

22、速度：一般一般50/h，降温到，降温到600 出炉空冷；出炉空冷；高合金高合金钢为钢为2030/h，350 出炉，避开出炉，避开产产生生应应力和硬度偏高。力和硬度偏高。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火2.2.完全退火完全退火将钢件或钢材加热到将钢件或钢材加热到Ac3点以上，使之完全奥氏体化，点以上，使之完全奥氏体化，然后缓慢冷却，获得接近于平衡组织的热处理工艺。然后缓慢冷却，获得接近于平衡组织的热处理工艺。细化晶粒、降低硬度、改善切削性能、消退内力；细化晶粒、降低硬度、改善切削性能、消退内力；定义：定义：目的：目的：各种各种亚共析亚共析成分的碳成分的碳钢钢和

23、合金钢的铸、锻件及热和合金钢的铸、锻件及热轧型材；轧型材；应用：应用：通常将亚共析钢加热到通常将亚共析钢加热到Ac3+（2030），保温后随），保温后随炉缓慢冷却到炉缓慢冷却到500以下后在空以下后在空气中接着冷却气中接着冷却。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火 不宜太高，在不宜太高，在Ac3点以上点以上2030，适用于含适用于含碳碳0.300.60%的中碳的中碳钢钢。加热温度加热温度：加热速度加热速度:100200/h；低碳钢和过共析钢不宜接受完全退火，为什么？低碳钢和过共析钢不宜接受完全退火，为什么？保温时间保温时间:装炉量（装炉量（t）1）常用结构钢、弹

24、簧钢、热做模具钢钢锭常用结构钢、弹簧钢、热做模具钢钢锭装炉量不大：工件有效厚度计算：装炉量不大：工件有效厚度计算：装炉量大：装炉量大：金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火冷却速度冷却速度:碳碳钢钢：200/h；低合金低合金钢钢：100/h；高合金高合金钢钢：50/h；缓慢，以保证珠光体转变，避开硬度过高。缓慢，以保证珠光体转变，避开硬度过高。2）对亚共析钢锻轧钢材对亚共析钢锻轧钢材 中碳结构钢锻、轧、铸、焊件，完全退火后，组织发中碳结构钢锻、轧、铸、焊件，完全退火后，组织发生重结晶，使晶粒细化，组织匀整，魏氏组织和带状组生重结晶，使晶粒细化，组织匀整，魏氏组织和

25、带状组织得以消退，改善组织和性能。织得以消退，改善组织和性能。锻、轧件，完全退火支配在锻、轧后、切削加工前；锻、轧件，完全退火支配在锻、轧后、切削加工前；铸、焊件，支配在焊接和浇注（或匀整化退火）后。铸、焊件，支配在焊接和浇注（或匀整化退火）后。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火45钢经热轧后的钢经热轧后的P+F带状偏析带状偏析200X45钢的带状偏析经钢的带状偏析经830C完全完全退火后消退退火后消退金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火 将钢件加热将钢件加热到到Ac1和和Ac3（Accm）或）或之之间，经保温间，经保温并缓慢冷

26、却，以获得接近平衡的组织并缓慢冷却，以获得接近平衡的组织的的热处理工艺。热处理工艺。3.3.不完全退火（软化退火）不完全退火（软化退火）降低硬度、改善切削性能、消退内力；降低硬度、改善切削性能、消退内力；定义：定义：目的：目的：优点优点：加热温度低，消耗热能少，降低工艺成本。加热温度低，消耗热能少，降低工艺成本。应用应用：晶粒未粗化的中、高碳钢和低合金钢锻轧铸件。晶粒未粗化的中、高碳钢和低合金钢锻轧铸件。温度低、时间短。亚共析钢只是使珠光体部分再进行温度低、时间短。亚共析钢只是使珠光体部分再进行一次重结晶，退火后珠光体片间距增大，硬度降低，内一次重结晶，退火后珠光体片间距增大，硬度降低，内应力

27、降低。过共析钢实质上是球化退火。应力降低。过共析钢实质上是球化退火。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火 将钢中的碳化物球状化，或获得将钢中的碳化物球状化，或获得球状珠光体球状珠光体的的退火工艺。退火工艺。降低硬度，改善切削加工性能；获得匀整组织，改降低硬度，改善切削加工性能；获得匀整组织，改善热处理工艺性能；同时为后续淬火作好组织准备，减善热处理工艺性能；同时为后续淬火作好组织准备，减小淬火后的开裂与变形。小淬火后的开裂与变形。4.4.球化退火球化退火定义：定义：目的：目的：用途：用途：主要用

28、于含碳大于主要用于含碳大于0.6%的各种高碳工模具钢、轴的各种高碳工模具钢、轴承钢等。承钢等。关键：使关键：使A中保留大量未溶的碳化物质点，并造成中保留大量未溶的碳化物质点，并造成A中碳中碳浓度的不匀整分布。浓度的不匀整分布。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火1）低温球化退火：加热温度：把退火钢加热到低于Ac1点1030C，保温时间：长时间保温，使碳化物由片状变成球状，即片状渗碳体球状化。几十到100小时。冷却速度：50C/h，450500C空冷。适用范围：高合金结构钢及过共析钢降低硬度；改善切削加工性。原始组织粗大者不适用。特点：球化效果较差，过程长，很少应

29、用。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火2）一般球化退火(一次球化退火）定义：加热到稍高于Ac1的温度（760780C），适当保温后缓冷。要求：退火前的原始组织为细片状珠光体（正火处理）。球化机理：加热到稍高于Ac1点，使奥氏体中只有将来得及溶解的渗碳体粒子或富碳区。特点：球化较充分，周期长。应用：应用：主要用于共析钢和主要用于共析钢和过共析钢的预先热处理。过共析钢的预先热处理。目前生产上最常用的球化目前生产上最常用的球化退火工艺。退火工艺。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火工艺参数：工艺参数：加热温度：Ac1+(1020 C)

30、保温时间：取决于工件透烧时间，不易过长，4小时左右。冷却速度：1020 C/h缓冷到550 C空冷。碳钢的冷却速度可稍快些2040 C/h加热温度越高，保温时间越长，冷却时越易出现片状珠光体，不易球化金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火3）等温球化退火）等温球化退火 定义：定义：将共析钢或过共析钢加热到将共析钢或过共析钢加热到Ac1+(2030 C)，保温，在保温，在Ar1-(2030 C)等温。等温。特点：球化较充分，简洁限制，周期短，适合大件退火。特点：球化较充分，简洁限制，周期短，适合大件退火。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火

31、与正火4）周期球化退火：）周期球化退火：在在A1旁边反复加热和等温，但每次时间较短，然后缓冷到旁边反复加热和等温，但每次时间较短，然后缓冷到550 C以下出炉空冷，得球状珠光体。此种组织淬火加热以下出炉空冷，得球状珠光体。此种组织淬火加热时不易过热，冷却时又不易开裂。时不易过热，冷却时又不易开裂。目的：加速球化过程。目的：加速球化过程。加热温度：加热温度：Ac1+(1020 C)等温温度：等温温度：Ar1-(2030 C)保温时间：取决于工件截面均温时间保温时间：取决于工件截面均温时间循环周期：视球化要求等级而定循环周期：视球化要求等级而定冷却速度：冷却速度：1020 C/h缓冷缓冷550 C

32、空冷空冷金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火特点：球化较充分，限制较繁琐。应用：只适用于小型工具。对于过共析钢、工具钢等，用低于Ac1点温度的球化退火很难使碳化物球化。球化机理：在Ac1点以上温度时，先共析网状碳化物溶断、以及珠光体中的片状渗碳体溶断，冷却到低于Ar1时，形成球状珠光体。反复加热，进一步溶断先共析渗碳体网，并加速球化。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火5）影响球化退火的因素影响球化退火的因素（1）化学成分）化学成分碳对钢中碳化物球化具有重要影响，钢中含碳量越高，碳对钢中碳化物球化具有重要影响，钢中含碳量越高，碳化

33、物数量越多，在较宽的奥氏体化温度范围内加热易碳化物数量越多，在较宽的奥氏体化温度范围内加热易于球化。于球化。含含C量：高碳钢较低碳钢简洁球化量：高碳钢较低碳钢简洁球化合金元素：钢中若含有强碳化物形成元素，球化较易。合金元素：钢中若含有强碳化物形成元素，球化较易。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火（2）原始组织的影响）原始组织的影响球化退火前原始组织的类型、晶粒粗细以及自由铁素体、球化退火前原始组织的类型、晶粒粗细以及自由铁素体、碳化物的大小、形态、数量和分布等均显著影响球化过碳化物的大小、形态、数量和分布等均显著影响球化过程。程。S回易球化回易球化亚共析钢有块

34、状亚共析钢有块状F+P，则球化不匀整，则球化不匀整B、T易球化易球化网状的渗碳体很难球化网状的渗碳体很难球化冷变形易球化冷变形易球化金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火（3）加热温度和保温时间）加热温度和保温时间加热温度越高，奥氏体越简洁出现片状珠光体而不简洁球加热温度越高，奥氏体越简洁出现片状珠光体而不简洁球化；延长保温时间，使奥氏体中碳浓度趋于匀整，也会使化；延长保温时间，使奥氏体中碳浓度趋于匀整，也会使片状珠光体出现，但其影响比温度的作用弱得多。片状珠光体出现，但其影响比温度的作用弱得多。（4）冷却速度）冷却速度提高冷却速度将降低转变温度，从而使碳化物球化

35、时的临提高冷却速度将降低转变温度，从而使碳化物球化时的临界扩散距离减小，有助于形成片状碳化物；界扩散距离减小，有助于形成片状碳化物；冷却过慢，碳化物过于粗大。冷却过慢，碳化物过于粗大。（5）形变的影响）形变的影响层状珠光体经过塑性变形可以加速球化过程。层状珠光体经过塑性变形可以加速球化过程。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火冷却速度对球化退火碳化物颗粒的影响冷却速度增加，冷却速度增加，碳化物直径减小。碳化物直径减小。冷速过大会出现冷速过大会出现片状组织。片状组织。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火过共析钢中的二次过共析钢中的二

36、次碳化物呈网状存在碳化物呈网状存在时很难球化，为了时很难球化，为了消退网状碳化物，消退网状碳化物，可在球化退火前进可在球化退火前进行一次正火处理或行一次正火处理或高温固溶处理，以高温固溶处理，以获得细片状珠光体。获得细片状珠光体。球化不完全，二次渗碳体仍呈网状断续分布球化不完全，二次渗碳体仍呈网状断续分布金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火正火正火+球化退火，二次渗碳体已呈粒状分布球化退火，二次渗碳体已呈粒状分布金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火 冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保

37、持适当时间，使形变晶粒重新转变为匀整的等轴晶粒，以消退时间，使形变晶粒重新转变为匀整的等轴晶粒，以消退形变强化和残余应力的热处理工艺。形变强化和残余应力的热处理工艺。5.5.再结晶退火再结晶退火定义：定义：目的：目的：消退冷作硬化、提高延展性（塑性）、改善切削性消退冷作硬化、提高延展性（塑性）、改善切削性能及压延成型性能。能及压延成型性能。再结晶退火温度再结晶退火温度：再结晶退火在高于再结晶温度进行再结晶退火在高于再结晶温度进行再结晶温度随着合金成分及冷塑性变形量而有所变更；再结晶温度随着合金成分及冷塑性变形量而有所变更；为产生再结晶所需的最小变形量称为临界变形量；为产生再结晶所需的最小变形量

38、称为临界变形量；金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火钢的临界变形量为钢的临界变形量为6-10，再结晶温度随变形量增加，再结晶温度随变形量增加而降低，到确定值时不再变更。而降低，到确定值时不再变更。纯纯金属金属再结晶温度再结晶温度 铁铁：450；铜铜：270；铝铝：100 再结晶退火温度再结晶退火温度 一般一般钢钢材：材：650-700；铜铜合金合金：600-700；铝铝合金合金：350-400；金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火C0.1%钢形变及再结晶退火后的组织变更钢形变及再结晶退火后的组织变更金属热处理原理及工艺金属热处理原

39、理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火 为了去除由于形变加工、锻造、焊接等所引起的及为了去除由于形变加工、锻造、焊接等所引起的及铸件内存在的残余应力铸件内存在的残余应力(但不引起组织的变更但不引起组织的变更)而进行的而进行的退火。退火。6.6.消退（去）应力退火消退（去）应力退火定义：定义：目的：目的：消退铸、锻、焊件的内应力；降低硬度，提高尺寸消退铸、锻、焊件的内应力；降低硬度，提高尺寸稳定性，防止工件的变形和开裂。稳定性，防止工件的变形和开裂。加热温度加热温度：加热温度范围很宽，但不能超过加热温度范围很宽，但不能超过Ac1点，应依点，应依据具体状况确定。据具体状况确定。低碳结构钢低碳结构钢热

40、锻热锻后后：500左右；左右；中碳中碳结结构构钢钢：500650；金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火刀具、模具：刀具、模具：600700，24小时；小时；索氏体化处理的弹簧钢丝：索氏体化处理的弹簧钢丝：250350；各类铸件的退火温度不应太高；各类铸件的退火温度不应太高；去应力退火后，均应缓慢冷却，以免产生新的应力去应力退火后，均应缓慢冷却，以免产生新的应力金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火名称名称目的目的工艺制度工艺制度组织组织应用应用完全完全退火退火细化晶粒，消除铸造细化晶粒，消除铸造偏析，降低硬度，提偏析，降低硬度，提高

41、塑性高塑性加热到加热到AC32050，炉冷至，炉冷至550 左右空冷左右空冷 FP亚共析钢的铸、亚共析钢的铸、锻、轧件，焊锻、轧件，焊接件接件球化球化退火退火降低硬度，改善切削降低硬度，改善切削性能，提高塑性韧性，性能，提高塑性韧性，为淬火作组织准备为淬火作组织准备加热到加热到AC12040，然后缓冷，然后缓冷片状珠光体和网片状珠光体和网状渗碳体组织转状渗碳体组织转变为球状变为球状共析、过共析共析、过共析钢及合金钢的钢及合金钢的锻件、轧件等锻件、轧件等扩散扩散退火退火改善或消除枝晶偏析，改善或消除枝晶偏析，使成分均匀化使成分均匀化加热到加热到Tm-100200，先缓冷，后空，先缓冷，后空冷冷粗

42、大组织（组织粗大组织（组织严重过烧）严重过烧）合金钢铸锭及合金钢铸锭及大型铸钢件或大型铸钢件或铸件铸件再结晶再结晶退火退火消除加工硬化，提高消除加工硬化，提高塑性塑性加热到再结晶温度，加热到再结晶温度，再空冷再空冷变形晶粒变成细变形晶粒变成细小的等轴晶小的等轴晶冷变形加工的冷变形加工的制品制品去应力去应力退火退火消除残余应力，提高消除残余应力，提高尺寸稳定性尺寸稳定性加热到加热到500650 缓冷至缓冷至200 空冷空冷 无变化无变化铸、锻、焊、铸、锻、焊、冷压件及机加冷压件及机加工件工件常用退火工艺制度小结常用退火工艺制度小结金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正

43、火8.3 钢的正火定义：将钢加热到临界点以上适当温度，保温确定时间，进行完全奥氏体化，以较快速度冷却，以获得珠光体类组织的热处理工艺。要求：加热温度足够高，一般要求获得匀整的单相奥氏体组织。工件透烧均温后再于空气中自然冷却。组织转变：伪共析或平衡转变。正火目的及应用：细化晶粒，匀整组织，消退过热缺陷。细化晶粒，匀整组织，消退过热缺陷。过共析钢过共析钢:正火可消退网状渗碳体组织正火可消退网状渗碳体组织(C=0.77-1.4%)。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火低碳钢(C 退火退火晶粒大小：晶粒大小：正火正火 退火退火力学性能：力学性能：正火正火 退火退火正火与

44、退火的区分正火与退火的区分40钢退火组织40钢正火组织热处理与硬度关系热处理与硬度关系合适切削加工硬度合适切削加工硬度金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火8.4 退火、正火后钢的组织和性能组织：组织：都是铁素体和渗碳体的机械混合物。都是铁素体和渗碳体的机械混合物。正火正火后的珠光体片间距较小、珠光体团直径小、且可抑后的珠光体片间距较小、珠光体团直径小、且可抑制制过共析钢过共析钢中网状渗碳体析出（伪共析）。中网状渗碳体析出（伪共析）。亚共析钢：亚共析钢：正火析出的先共析正火析出的先共析F F较少，较少，P P较多。较多。性性 能：能：过共析钢：过共析钢：完全退火后

45、有网状渗碳体存在，其强度、硬完全退火后有网状渗碳体存在，其强度、硬度、韧性均低于正火。度、韧性均低于正火。球化退火：球化退火：得球状珠光体，综合性能优于正火。得球状珠光体，综合性能优于正火。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火由由于于退退火火（主主要要指指完完全全退退火火）与与正正火火在在组组织织上上有有着着差差异异，因而性能也有所不同。因而性能也有所不同。状态状态机机械械性性能能bs%akMN/m2Kg/m2Nm/cm2Kgm/cm2退火退火正火正火6437396567543574413644502120.953.576.054.976.55.67.8表表4-

46、1正火与退火的正火与退火的40Cr钢的机械性能钢的机械性能金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火退火、正火工艺的选用原则：1.0.25%C以下的钢，可用正火提高强度硬度；0.2%C以下的钢接受高温正火，形态困难的大型铸件，用低温退火消退铸造应力。2.0.250.35%C的钢，接受正火以获得好的切削性能；0.350.5%C的钢，接受正火以提高生产率，合金钢接受完全退火（因C曲线右移）。3.含碳量0.500.7%的钢，含碳量较高，正火后硬度太高，接受完全退火后的硬度正好适宜于切削加工，此类钢的热处理及加工工艺为：4.完全退火切削加工(球化退火)淬火回火金属热处理原理及

47、工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火4.含碳量0.71.0%的钢：弹簧钢：完全退火得S，作预备热处理，冷拔 工具钢：球化退火作预备热处理+淬火 或正火+不完全退火+淬火5.含碳量大于1.0%的钢，球化退火作预备热处理。6.上述原则不适用于高合金钢。合金钢需用高温回火降低硬度，便于切削加工。问题：用问题：用T10（1C）钢制造手工锯条，请给出热处理工）钢制造手工锯条，请给出热处理工艺路途，及各处理工序后的组织。艺路途，及各处理工序后的组织。正火正火球化退火球化退火淬火淬火低温回火低温回火金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火退火、正火处理应用小结1.

48、主要用于共析和过共析钢的预先热处理。2.主要用于含碳大于0.6%的各种高碳工模具钢、轴承钢等。为淬火做好组织准备。3.工具钢原始组织为球状珠光体时，经淬火、回火后能获得良好的综合力学性能。4.使片状珠光体球化，以降低硬度，改善切削性能。含碳量高的钢简洁获得球状珠光体。5.淬火马氏体球化：淬火+高温回火，球化速度快，球化组织匀整。球化处理球化处理金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火完全退火完全退火1.主要用于亚共析钢。2.细化晶粒、增加塑性；消退内应力；3.降低硬度、改善切削性能；4.使原始组织完全变更，重新结晶，改善金相组织，为下一步淬火做准备；5.用来处理中小

49、型铸钢件、锻件和热轧钢件，以消退其粗大晶粒和魏氏组织，细化晶粒。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火不完全退火不完全退火1.用于锻造组织较好的钢件的退火，消退内应力，降低硬度以利于切削；2.只改善珠光体组织的片间距及晶粒度；3.可细化晶粒，但效果不如完全退火的好。4.亚共析钢只是使珠光体部分再进行一次重结晶，退火后珠光体片间距增大，硬度降低，内应力降低。过共析钢实质上是球化退火。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火正火处理正火处理1.当退火前的原始组织要求为细片状珠光体时，一般要先进行一次正火处理。2.过钢析钢中的二次碳化物呈网状

50、时很难球化，可在球化退火前进行一次正火。3.为过共析钢的球化退火供应细片状珠光体。4.消退某些处理缺陷。如消退粗大铁素体、魏氏组织等。5.可作预先热处理：为下续热处理供应适宜的组织；6.可作最终热处理：供应合适的力学性能。7.中、低碳钢可用正火改善切削加工性能。金属热处理原理及工艺金属热处理原理及工艺钢的退火与正火钢的退火与正火全部的钢铁材料通过正火均可使铸、锻件的过热晶粒细化，消退内应力。正火后组织较细，比退火具有较好的综合力学性能。C=0.40.7%的钢件可在正火状态下运用。C0.4%的钢，往往用正火代替完全退火。铸件：正火可以改善铸件中的粗大晶粒，并消退由于截面尺寸不同在结晶过程中产生的