第四章 钢的热处理(2).ppt

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1、4.3钢的退火(anneal)与正火(normalize)在机械零件或工模具等工件的制造过程中，往往要经过各种冷、热加工，且各加工工序中，还经常要穿插多次的热处理工序。如，铸造或锻造（组织不均、魏氏组织、晶粒粗大、残余应力）→退火或正火（预先热处理）→机加工→淬火＋回火（最终热处理）→精加工等。生产中，热处理分为预先热处理和最终热处理两类。预先热处理：为消除前道工序造成的某些缺陷，或为随后的切削加工和最终热处理作好准备的热处理。最终热处理：使工件满足使用性能要求的热处理。退火或正火的主要目的：（1）改善钢件硬度，有利于切削加工（160－230HB是最适于切削加工的硬

2、度）（2）消除残余应力(σ残)，稳定尺寸，防变形、开裂（3）均匀化学成分（枝晶偏析），细化晶粒，改善组织和性能（4）为最终热处理（淬、回火）作好组织上的准备（5）对性能要求不高的机械零件或工程构件，退火和正火也可以作为最终热处理。4.3.1退火定义：是将钢加热至适当温度，保温一定时间后缓冷（一般随炉冷却），以达到改善组织、提高加工性能的一种热处理工艺。主要目的：减轻钢的成分与组织的不均匀性，细化晶粒，降低硬度，消除内应力，为最终热处理作好组织准备。根据钢的成分与热处理目的的不同，退火分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火、去应力退火、再结晶退火等几种。（一）完

3、全退火将钢加热至Ac3以上20－30℃，保温一定时间后缓冷，以获得接近平衡组织的一种热处理工艺。目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善钢的切削加工性。主要用于亚共析碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材。而低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。低碳钢完全退火后硬度偏低，不利于切削加工；而过共析钢加热温度在Accm以上，会有网状Fe3CII沿A晶界析出，使钢脆性增加。（二）等温退火将钢加热到Ac3以上（亚共析钢）或Ac1－Accm之间（过共析钢）A化后，以较快的速度冷至Ar1以下，等温一段时间，使A转变为P，再空冷至室温。目的：可达到与完全退火相同的目的，有效缩

4、短退火时间，提高效率。适于高碳钢、合金工具钢和高合金钢。（三）球化退火将过共析钢加热到Ac1以上20－30℃，保温一定时间，然后缓冷到600℃以下，再出炉空冷。目的：球化Fe3C，以降低硬度，改善切削加工性，为淬火作好组织准备。若原组织中存在严重的Fe3CII网，应先正火消除Fe3CII网（破碎），再球化退火。主要用于共析钢及过共析钢。（四）均匀化退火将钢加热到Ac3以上150－300℃（通常1000－1200℃，固相线以下100－200℃）保温10－15h，然后随炉缓冷。高温长时间加热使钢中原子充分扩散而均匀化，所以又称为扩散退火。扩散退火后钢的晶粒非常粗大，需要

5、再进行完全退火或正火。目的：消除铸造时产生的枝晶偏析，使成分均匀。主要用于合金钢铸锭和铸件。（五）去应力退火将工件缓慢加热到Ac1以下100－200℃（一般500－650℃），保温一定时间，随炉缓冷。又称为低温退火。目的：主要用于消除工件冷、热加工后产生的残余内应力，避免工件的变形和开裂。（六）再结晶退火将钢加热至再结晶温度（0.4T熔）以上150－250℃，保温，缓冷。再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度后，在原来的变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，内应力完全消除，而性能也发生了明显的变化，并恢复到冷塑性变形以前的水平，此过程为再结晶。目的：消除冷变形钢中的加工

6、硬化，恢复塑性。通常用于冷变形件。4.3.2正火定义：将钢加热到Ac3或Accm以上30－50℃，保温，空冷。正火实质上是退火的一个特例，差别主要在于正火冷却速度较快，过冷度大，所以发生伪共析转变，P的量增加，片层间距小。Wc=0.6-1.4%的钢正火后，组织中一般不出现先析相，只有P或S。与退火比，正火钢的力学性能高，操作简便，生产周期短，成本低，所以生产中应尽量用正火代替退火。正火主要用于以下几方面：（1）作为普通结构零件的最终热处理。（2）改善低C钢和低合金钢的切削加工性。（160－230HB切削加工最好）（3）作为中C结构钢重要件的预先热处理。如，表硬心韧件

7、：先正火，再渗碳＋淬火、回火（4）消除过共析钢中的网状Fe3CII，为球化退火作好组织准备。（因为正火冷速快，Fe3CII来不及沿晶界呈网状析出。）综上所述，一般低C钢－正火；中C钢（亚共析钢）－完全退火（或正火）；高C钢、高合金钢（共析钢、过共析钢）－球化退火；各成分钢－去应力退火。4.4钢的淬火(quench)定义：将钢加热到Ac1或Ac3以上，保温一定时间，快速冷却，以获得M（或下B）组织的一种热处理工艺。是强化钢材最重要的热处理方法。M并不是热处理所要求的最终组织，一般淬火后必须回火，回火决定了工件热处理后的最终组织。4.4.1淬火工艺4.4.1.1淬火