退火技术和热处理相关资料.doc

退火技术退火是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却的一种金属热处理工艺。退火热处理分为完全退火，不完全退火和去应力退火。退火材料的力学性能可以用拉伸试验来检测，也可以用硬度试验来检测。许多钢材都是以退火热处理状态供货的，钢材硬度检测可以采用洛氏硬度计，测试HRB硬度，对于较薄的钢板、钢带以及薄壁钢管，可以采用表面洛氏硬度计，检测HRT硬度.退火的目的在于：改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。 软化工件以便进行切削加工。 细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。 为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。 常用的退火工艺有：完全退火。用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上3050，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。 球化退火。用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上2040，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。 等温退火。用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低。 再结晶退火。用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象（硬度升高、塑性下降）。加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50150 ，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。 石墨化退火。用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。工艺操作是将铸件加热到950左右，保温一定时间后适当冷却，使渗碳体分解形成团絮状石墨。 扩散退火。用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。方法是在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。 去应力退火。用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100200，保温后在空气中冷却，即可消除内应力。 退火-正文 将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。退火工艺随目的之不同而有多种，如重结晶退火、等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。 退火的一个最主要工艺参数是最高加热温度（退火温度），大多数合金的退火加热温度的选择是以该合金系的相图为基础的,如碳素钢以铁碳平衡图为基础（图1）。各种钢(包括碳素钢及合金钢)的退火温度，视具体退火目的的不同而在各该钢种的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一温度。各种非铁合金的退火温度则在各该合金的固相线温度以下、固溶度线温度以上或以下的某一温度。 重结晶退火 应用于平衡加热和冷却时有固态相变(重结晶)发生的合金。其退火温度为各该合金的相变温度区间以上或以内的某一温度。加热和冷却都是缓慢的。合金于加热和冷却过程中各发生一次相变重结晶，故称为重结晶退火，常被简称为退火。 这种退火方法，相当普遍地应用于钢。钢的重结晶退火工艺是:缓慢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（共析钢或过共析钢）以上3050，保持适当时间，然后缓慢冷却下来。通过加热过程中发生的珠光体（或者还有先共析的铁素体或渗碳体）转变为奥氏体（第一回相变重结晶）以及冷却过程中发生的与此相反的第二回相变重结晶，形成晶粒较细、片层较厚、组织均匀的珠光体(或者还有先共析铁素体或渗碳体)。退火温度在Ac3以上（亚共析钢）使钢发生完全的重结晶者，称为完全退火，退火温度在Ac1与Ac3之间 (亚共析钢)或Ac1与Acm之间（过共析钢）,使钢发生部分的重结晶者,称为不完全退火。前者主要用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊件，以消除组织缺陷（如魏氏组织、带状组织等），使组织变细和变均匀，以提高钢件的塑性和韧性。后者主要用于中碳和高碳钢及低合金结构钢的锻轧件。此种锻、轧件若锻、轧后的冷却速度较大时，形成的珠光体较细、硬度较高；若停锻、停轧温度过低，钢件中还有大的内应力。此时可用不完全退火代替完全退火，使珠光体发生重结晶,晶粒变细，同时也降低硬度，消除内应力,改善被切削性。此外,退火温度在Ac1与Acm之间的过共析钢球化退火,也是不完全退火。 重结晶退火也用于非铁合金，例如钛合金于加热和冷却时发生同素异构转变，低温为 相(密排六方结构)，高温为 相（体心立方结构），其中间是“”两相区，即相变温度区间。为了得到接近平衡的室温稳定组织和细化晶粒，也进行重结晶退火，即缓慢加热到高于相变温度区间不多的温度，保温适当时间，使合金转变为相的细小晶粒；然后缓慢冷却下来，使相再转变为相或两相的细小晶粒。 等温退火 应用于钢和某些非铁合金如钛合金的一种控制冷却的退火方法。对钢来说，是缓慢加热到 Ac3（亚共析钢）或 Ac1（共析钢和过共析钢）以上不多的温度，保温一段时间,使钢奥氏体化,然后迅速移入温度在A1以下不多的另一炉内，等温保持直到奥氏体全部转变为片层状珠光体（亚共析钢还有先共析铁素体；过共析钢还有先共析渗碳体）为止，最后以任意速度冷却下来(通常是出炉在空气中冷却)。等温保持的大致温度范围在所处理钢种的等温转变图上A1至珠光体转变鼻尖温度这一区间之内(见过冷奥氏体转变图)；具体温度和时间，主要根据退火后所要求的硬度来确定（图2）。等温温度不可过低或过高，过低则退火后硬度偏高；过高则等温保持时间需要延长。钢的等温退火的目的，与重结晶退火基本相同,但工艺操作和所需设备都比较复杂,所以通常主要是应用于过冷奥氏体在珠光体型相变温度区间转变相当缓慢的合金钢。后者若采用重结晶退火方法，往往需要数十小时，很不经济；采用等温退火则能大大缩短生产周期，并能使整个工件获得更为均匀的组织和性能。等温退火也可在钢的热加工的不同阶段来用。例如,若让空冷淬硬性合金钢由高温空冷到室温时，当心部转变为马氏体之时，在已发生了马氏体相变的外层就会出现裂纹;若将该类钢的热钢锭或钢坯在冷却过程中放入700左右的等温炉内，保持等温直到珠光体相变完成后，再出炉空冷，则可免生裂纹。 含相稳定化元素较高的钛合金，其相相当稳定，容易被过冷。过冷的相，其等温转变动力学曲线（图3）与钢的过冷奥氏体等温转变图相似。为了缩短重结晶退火的生产周期并获得更细、更均匀的组织，亦可采用等温退火。 均匀化退火 亦称扩散退火。应用于钢及非铁合金（如锡青铜、硅青铜、白铜、镁合金等）的铸锭或铸件的一种退火方法。将铸锭或铸件加热到各该合金的固相线温度以下的某一较高温度,长时间保温,然后缓慢冷却下来。均匀化退火是使合金中的元素发生固态扩散，来减轻化学成分不均匀性（偏析），主要是减轻晶粒尺度内的化学成分不均匀性（晶内偏析或称枝晶偏析）。均匀化退火温度所以如此之高，是为了加快合金元素扩散，尽可能缩短保温时间。合金钢的均匀化退火温度远高于Ac3，通常是10501200。非铁合金锭进行均匀化退火的温度一般是“0.95固相线温度(K)”,均匀化退火因加热温度高，保温时间长，所以热能消耗量大。 球化退火 只应用于钢的一种退火方法。将钢加热到稍低于或稍高于Ac1的温度或者使温度在A1上下周期变化，然后缓冷下来。目的在于使珠光体内的片状渗碳体以及先共析渗碳体都变为球粒状，均匀分布于铁素体基体中(这种组织称为球化珠光体)。具有这种组织的中碳钢和高碳钢硬度低、被切削性好、冷形变能力大。对工具钢来说，这种组织是淬火前最好的原始组织。 球化退火的具体工艺（图4）有：普通（缓冷）球化退火（图4a），缓冷适用于多数钢种，尤其是装炉量大时，操作比较方便，但生产周期长；等温球化退火（图4b），适用于多数钢种，特别是难于球化的钢以及球化质量要求高的钢（如滚动轴承钢）；其生产周期比普通球化退火短，不过需要有能够控制共析转变前冷却速率的炉子；周期球化退火（图4c），适用于原始组织为片层状珠光体组织的钢，其生产周期也比普通球化退火短，不过在设备装炉量大的条件下，很难按控制要求改变温度，故在生产中未广泛采用；低温球化退火（图4d），适用于经过冷形变加工的钢以及淬火硬化过的钢（后者通常称为高温软化回火）；形变球化退火，形变加工对球化有加速作用,将形变加工与球化结合起来,可缩短球化时间。它适用于冷、热形变成形的钢件和钢材（如带材）（图4e是在Acm或Ac3与Ac1之间进行短时间、大形变量的热形变加工者；图4f是在常温先予以形变加工者；图4g是利用锻造余热进行球化者）。 再结晶退火 应用于经过冷变形加工的金属及合金的一种退火方法。目的为使金属内部组织变为细小的等轴晶粒，消除形变硬化，恢复金属或合金的塑性和形变能力（回复和再结晶）。若欲保持金属或合金表面光亮，则可在可控气氛的炉中或真空炉中进行再结晶退火。 去除应力退火 铸、锻、焊件在冷却时由于各部位冷却速度不同而产生内应力，金属及合金在冷变形加工中以及工件在切削加工过程中也产生内应力。若内应力较大而未及时予以去除，常导致工件变形甚至形成裂纹。去除应力退火是将工件缓慢加热到较低温度（例如，灰口铸铁是500550，钢是500650），保温一段时间,使金属内部发生弛豫，然后缓冷下来。应该指出,去除应力退火并不能将内应力完全去除，而只是部分去除，从而消除它的有害作用。 还有一些专用退火方法，如不锈耐酸钢稳定化退火；软磁合金磁场退火；硅钢片氢气退火；可锻铸铁可锻化退火等。 参考书目 刘永铨主编：钢的热处理，第一版，冶金工业出版社，北京，1981。 有色金属及其热处理编辑组：有色金属及其热处理，第一版，国防工业出版社，北京，1981。 球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。将钢加热到Ac1以上2030，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。 球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用球化退火。 球化退火加热温度为Ac1+(2040)或Acm-(2030)，保温后等温冷却或直接缓慢冷却。在球化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少量过剩碳化物溶解。因此，它不可能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物存在，则在球化退火前须先进行正火，将其消除，才能保证球化退火正常进行。 球化退火工艺方法很多，最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火。普通球化退火是将钢加热到Ac1以上2030，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500左右出炉空冷。等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的1.5倍。等温后随炉冷至500左右出炉空冷。和普通球化退火相比，球化退火不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。1. 除应力退火。主要目的是消除强切削力加工或焊接零件残留应力和冷加工零件加工硬化2. 再结晶退火。再结晶退火是为了消除冷冲、冷轧、冷镦、冷拔、冷挤压等因塑性变形剧烈而产生晶粒歪曲及加工应力，为使其再结晶，便于下一道工序的加工。3. 低温球化退火。低温球化退火是把工件加热到Ac1温度以下、保温、然后缓冷冷却，从而获得球化组织的热处理方法。4. 一阶普通球化退火。球化退火的目的是为了使工件内部组织获得均匀分布的点状和细小粒状珠光体的操作方法。其加热温度在Ac1以上3050，经长时间保温，然后缓慢冷却的一种球化方法。5. 二阶等温球化退火。二阶球化退火和一阶球化退火最大的区别在于分阶段进行球化。就是先把工件加热到Ac1以上1020进行保温，然后快速冷却到略低于Ar1的温度等温，是奥氏体在该温度下等温分解，可以获得理想的珠光体组织。用二阶球化退火的球化效果要好于一阶球化。是较为理想的球化工艺。6. 快速球化退火。此工艺是先进行正火获得较细的索氏体组织后，再进行球化退火的工艺。由于毛坯先进行正火，从而先获得索氏组织较细，可以获得分散度较高的均匀点状珠光体。球化退火之所以能使组织发生球化是因为共析钢或过共析钢加热到稍高于Ac1时，组织为部分为溶解碳化物和成份不均匀的奥氏体。这些未溶解的碳化物在保温过程中有自发缩小表面积的倾向，以降低表面能量，因此发生团聚，形成点状。再经缓冷（在Ar1某一温度下等温）时，从奥氏体中新析出的碳化物就以已经球化的渗碳体为核心不断长大形成球状。球化退火的温度的选择应根据材料的种类不同而略有不同，如果选择温度过高，未溶解的碳化物的质点就会减少或完全消失，即减少了结晶的核心，冷却时容易形成粗片状珠光体混合在粒状珠光体组织中，这将会提高硬度，而且对淬火带来不利的影响。如果退火温度过低，未能发生珠光体向奥氏体的转变，因此退火后仍然保留原来的片状珠光体，未能球化转变，只是片状珠光体的之间的距离比以前要细密。这是球化退火欠热的象征，同样硬度高。如果是高碳钢退火的温度过高或保温时间过长又会使钢中的碳析出游离的石墨而造成废品。对于球化退火工艺的选择应根据材质的含碳量和原组织的结构制定。1）如果是低碳钢，采用正火比较合适，这样硬度适中，便于以后切削加工。2）如果是中碳钢可以采用完全退火。3）如果是高碳钢就要根据具体含碳量和内部组织中是否含有网状碳化物来综合考虑制定工艺。退火拾锦寻求井式炉对轴承钢等温球化退火工艺1.丼式炉等温退火的温度和加 热时间可以参照你以前处理过的工艺，注意的是在丼式炉中可以滴入适量的甲醇，作为保护气氛以防止过高的脱碳层。优点是可以达到你所需的效果，缺点是工艺时间过长。如；GCr15的等温退火工艺为；790度-810度x2-6小时，炉冷至710-720度保温1-2小时，再炉冷至650度以下，出炉空冷。仅供参考。 2.现在我们公司来个技术员给我们指出了一个工艺我打出来希望专家们指点谢谢,从0度升温到650度时在炉内通入氮气,用来把炉内因装产品时在内的空气排出.在650度时开始滴入甲醇,在升到700度时通入丙烷,升温到805度保温7个小时,然后炉冷至720度,在720度到680度以每小时15度的速度进行降温,在降温700度时丙烷断掉,650度时甲醇断掉,然后炉冷到550度时取出空冷.我不清楚这样的话会不会对我们产品脱碳层高有所改善,一切都要等到明天检验完产品才能知道了.希望专家指点评价一下这样的工艺.请教各位老师，18A/22A线材的球化退火工艺怎样才不至于边缘晶粒粗大，谢谢低碳钢的普通球化退火温度至少要比Ac1低2030C,可选择660700C,加热至该温度约11.5小时,保温23小时,炉冷至500C出炉,空冷.35CrMo等温球化艺 T（） 77010 保温5小时 67010 炉 保温6小时 随 450出炉 t（h） 低碳钢等温球化退火防止氧化脱碳的方法 近几年来,紧固件行业非标、异型件产品的增多,造成了冷挤压工艺得到了迅速发展,由于产品规格形状各异,这势必给这些零件的软化处理带来了更高的要求。例如,常用的冷镦钢线材ML8Ae、ML10、ML15或ML20,以SWRCH8A、SWRCH8A、SWRCH10A、SWRCH15A、SWRCH22A等牌号居多,要求进行球化退火,以获得铁素体基体上均匀分布的球状碳化物组织。球化组织硬度低、塑性好,冷作或冷挤压时不易产生裂纹。对于断面缩减率达70% - 85%的零件,若中间退火工艺不当,不仅不能充分发挥材料塑性,而且会给冷挤成型带来诸多困难。2.退火工艺.退火前组织 材料ML10钢,经金相检验,其组织为铁素体+片层状珠光体。硬度为66-72HRB,组织中有成分偏析,其带状组织3级。 退火工艺试验a.等温退火,9003-5h炉冷,660650等温4-6h炉冷,晶粒度5-6级,硬度55-58HRB,铁素体+片状珠光体,在6000KN油压机上冷挤成型时,压力不稳定,有跳模现象。由于奥氏体化温度过高,形成的奥氏体成分均匀,减少了珠光体的形核率。因此,获得的是片层状珠光体组织,片状珠光体具有较大的相界面,晶界又是位错运动的最大障碍,加上片状珠光体中的亚晶界,构成许多亚晶粒,阻碍了塑性变形时位错的运动,使位错滑移受阻,变形抗力上升,塑性下降。b.普通退火 9003-5h炉冷至500出炉,晶粒度5-6级,硬度56-60HRB,虽可以缩短退火时间,但是冷挤压一次合格率低,报废率达10%以上,并且冷挤件长短不一,有严重挤不足现象,这是因为普通退火时线材随炉冷却,各部分冷却不一致。而过冷奥氏体在连续冷却中进行,珠光体转变是在一定范围内进行的,高温区形成珠光体较粗,低温区形成的珠光体较细。这种粗细不等的珠光体将引起力学性能的不均匀,不利于零件的冷挤压。c.等温球化退火 760770保温3-4h,炉冷至660680等温4-6h至500出炉。由于降低了奥氏体化温度,渗碳体只部分溶解,碳化物呈小球,点状分布在铁素体基体上,晶粒度5-7级,硬度50-55HRB。根据铁碳状态理论,片状珠光体在保温过程中,由于其曲率半径不同,各处的溶解度不同,引起碳的扩散,打破了碳浓度的平衡,结果导致渗碳体的球化,得到有良好冷挤性能的组织,压力机压力稳定,冷挤压尺寸稳定,废品下降至0.5%以下。由此可见,对冷形变量在70%-85%以上的低碳钢中间退火仅仅控制晶粒度和硬度是远远不够的,关键在于要控制渗碳体的形态。一般热处理手册和文献资料中较少低碳钢球化方面的论述,认为球化主要用于共析、过共析钢,实践证明,低碳钢在等温球化退火方面具有工艺优越性,其塑性良好,冷挤压冷成型效果明显。3.小结a.当冷挤压形变量在70%以上后,按传统普通退火工艺后得到片状珠光体,这样的组织变形抗力及加工硬化率都较高,不适宜于冷挤压冷成型。实践证明,等温球化退火不仅兼顾了硬度和晶粒度，还考虑了碳化物的形态，可以充分发挥低碳钢的塑性，使冷挤压冷成型一次合格率达99.5%以上。b.低碳钢球化的关键是控制温度，加热温度一定要控制在Ac1+20-30，温度过高，则退火后便不能得到完全的球状珠光体，可能为球状和片状珠光体的混合物，甚至全部为片状珠光体。如果加热温度过低，则原来组织中的片状珠光体未能转变，这些都会影响材料的塑性。c.低碳钢等温球化退火也要尽可能采用保护气氛保护，防止氧化脱碳，一般可采用甲醇滴注。在我们的进出口钢材检验实践和与外商的索赔谈判、国外厂家工程技术人员的技术交流中，深感各国现行钢脱碳层深度的金相测定法对于球化退火态来说，均存在一些问题有必要加以研究改进。1标准方法中存在的问题 关于钢脱碳层深度的金相法测定，在GB224-87和ISO3887-1976标准中为“一般来说观测到的组织差别，在亚共析钢中是以铁索体与其他组织组成物的相对量的变化来区分的在过共析钢中是以碳化物含量相对基体的变化来区分的”。在JISG0558-1977标准中为“以显微镜判断从铁素体、珠光体或碳化物的面积比率到脱碳状态，然后测量脱碳层深度”。这些方法都是建立在钢的平衡图的基础上的，这对于完全退火态钢是适用的，但对于球化退火态钢就成了问题。虽然也是平衡组织但其变化并非完全按平衡图进行的，而且组织的种类和形态也与平衡图的有别，所以据此确定球化退火钢脱碳层深度是不妥的。 唯有DIN50192-77标准为“在铁素体基体上分布着碳化物(即球状珠光体一笔者)时，脱碳表现为碳化物的减少”。这在理论上是成立的，但在通常的实测中却成了问题，其原因有二：第一无论是GB/T224-1987还是ISO3887-1976、rOCTl763-68、JISG0558-1977、NFA04-111及201、DIN50192-77对于脱碳层深度的测定都是借助于测微目镜或在显微镜毛玻璃屏或金相照片上测量从表面到其组织与基体组织已无区别的那一点的距离，这种测量虽属定量测定，但由于没有应用体视学原理，所以还不能算是定量金相学(又称体视金相学、定量金属组织学)方法。因其目视评定存在主观估计因素。所以测试误差很大：第二，碳的变化量引起的组织变化量对于球化退火态来说，实在是太小了，以致肉眼无法区分开来。例如碳钢，资料介绍，由计算求得的碳含量与组织含量关系。碳含量每减少O.10%，对于完全退火态来说，亚共析钢的先共析铁素体增加量为12.5，珠光体则相应等量减少，过共析钢中的先共析碳化物减少量约为1.7%；而对于球化退火钢来说，球状珠光体钢中的碳化物减少量只不过1.5。用肉眼区分如此小的变化量是十分困难的，往往是脱碳层已达一定深度，可是在球化退火态下却没有被检出，除非脱碳严重，甚至出现纯铁素体层时，才被发现。即使发现，脱碳层与基体的界限仍难以区分。这不仅在我们的检验实践中有所体会，国外资料中也有所论述。此外该方法对于高速钢球化退火态也不适用，因其基体不是铁素体而是索氏体。2常用方法中存在的问题 对于球化退火钢脱碳层深度的测定，常用的金相法有二种。 在过共析钢中，球状珠光体中的碳化物有两种，即大颗粒的先共析碳化物和小颗粒的共析碳化物，应以先共析碳化物的多少来区分脱碳层与基体的界限。 当由轧制或锻造态直接进行球化退火时，由于过共析钢的先共析碳化物可能较粗大，在球化过程中断为大颗粒，而共析碳化物为小颗粒，二者尚易区分，此时资料上的方法尚可行。但是，为了获得细致均匀的球状珠光体，通常工艺都是先正火后球化退火，这时球状珠光体中的碳化物大小一致、适中、均布，无法识别出先共析碳化物，所以尽管其在理论上成立，而在实测中并不可行，况且此法对于球化退火的共析钢、亚共析钢又不适用。 有资料认为，由全脱碳层部分脱碳层基体的组织变化依次为：铁素体铁素体+片层状珠光体片层状珠光体片层状珠光体+球状珠光体球状珠光体，因此脱碳层深度应从表面测至片层状珠光体消失的距离。 球化退火前脱碳或球化退火中脱碳引起的组织变化确如资料所述，但组织变化不只是种类和形态的变化，还应有数量的变化。例如碳素工具钢T11(碳含量为1.051.14)和TlO(碳含量为O.951.04)，二者的退火规范均为750770。当T11钢脱碳至T10钢的成分时，脱碳层与基体组织相同，均为球状珠光体。如按资料测量，结论是无脱碳层，这显然是错误的结果。由此例我们还不难知道，资料所述的组织变化准确地说应为：铁素体铁素体+片层状珠光体片层状珠光体片层状珠光体+碳化物数量较少的球状珠光体一碳化物数量稍多的球状珠光体碳化物数量增至正常的球状珠光体，脱碳层深度应为从表面测至碳化物数量为正常的球状珠光体的距离。换言之，资料法所测值小于真实脱碳层深度。此外，当材料存在较大偏析或球化退火不当时，无论是脱碳层还是基体都可能产生片层状珠光体，这给资料方法增加了更大困难。再者，当球化退火中虽有脱碳但未影响球化时，组织变化中并无片层状珠光体产生。此时从表面至基体的变化并非资料所述，而是；铁素体碳化物很少的球状珠光体(碳化物颗粒细小，铁素体基体晶界明显) 碳化物较少的球状珠光体(铁素体基体无晶界显示) 碳化物数量正常的球状珠光体。可见，资料法此时不适用。3解决金相测定方法的途径综上所述，无论是标准方法还是常用方法，都不能准确地测定球化退火态钢的脱碳层深度。为此，我们做了专门的研究，提出解决金相测定的途径：直接在球化退火态下的测定测定原则是根据球化组织中碳化物体积分数的多少来确定脱碳层深度的，它不仅适用于球状珠光体组织钢(铁素体基体上分布着碳化物颗粒)，也适用于球化退火的高速钢(索氏体基体上分布着碳化物颗粒)测定方法是采用定量金相学方法，根据我们的体会，最好是通过计点法测出不同层深的碳化物体积分数，然后绘制成体积分数与层深的关系曲线，如图3所示。图中的曲线带宽为同层深多次测试值的范围；A段为含非球化组织的层深，B段为碳化物体积分数较小的球化组织的层深，C段为碳化物体积分数平稳段(呈水平状)。A段为只要根据组织的种类和形态即可直接测量的层深，B段椰C段由定量金相法测出。(A十B)段为脱碳层深度。C段为基体。由图3可以明显地看出是否存在脱碳层，测定的脱碳层深度具有高的准确性。低碳低合金钢球化退火工艺阅读(5) 评论(0) 发表时间：2008年05月24日 21:59 本文地址：/blog/78890202-1211637583 一种低碳低合金钢球化退火工艺，在退火过程中采取下述方法和步骤：快速抽真空，当炉内形成的真空度时，停止抽气，随即通入工业氮气，达到的正压力时，停止充氮；随着炉内缓慢卸压，当压力降至的正压力时，重复步骤；步骤、自动交替重复进行，直至退火工艺结束。本发明的退火工艺用于低碳低合金钢的球化退火，便于自动控制，可操作性强，成本低廉，防止金属表面脱碳的效果好，表面（全）脱碳层深度均能控制在以内。针布钢丝球化退火脱碳分析金属针布是我厂的主要产品之一,我厂拥有从线材拉拔到金属针布制造的整套生产设备。针布钢丝的球化退火是先将冷变形钢丝倒成有序排列的钢丝卷(每件大约85kg) ,然后吊装到井式气体渗碳炉中,以乙醇裂解气做保护气氛,在A1 温度以下等温球化。由于设备较陈旧及工艺不够完善,氧化脱碳始终是困扰生产的一个老大难问题。特别是自我厂采用三联轧机和冲、淬、卷联合机组制造针布新工艺后,对针布钢丝脱碳层深度提出了更高的要求。以前,我们是用无水乙醇代替工业乙醇缓解这对矛盾。然而,这无疑增加了金属针布的生产成本。况且,这种方法也只能治标,不能治本,不能从根本上解决矛盾。为此,笔者试图从热处理设备和球化退火工艺等处着手,探讨解决这对矛盾的有效方法。1 球化退火针布钢丝脱碳原因分析针布钢丝球化退火的目的: (1) 降低硬度,提高塑性,以利冷轧、冲齿、切削等加工;(2) 得到良好的原始组织,为齿尖淬火做好组织准备。在球化退火过程中,针布钢丝氧化脱碳层的形成,是因为炉内存在氧化气氛,同时,在700 以上,碳原子已经具有足够的扩散能,而表层碳原子易于扩散到钢丝表面,与氧发生化学反应,生成CO 或CO2 ,导致钢丝表层脱碳。这时,炉内气氛的氧化性愈强,则钢丝表层愈易脱碳,脱碳层深度也愈深。在针布钢丝的球化退火过程中,由于通常所用的乙醇都溶解有不同程度的水,炉内温度在700 左右时,存在如下化学反应:C2H5OH CH4 + CO + H2 ; C + H2O CO +H2 ;C + O2 CO2 ;C + 2H2 CH4 ; Fe + H2O FeO + H2 。在A1 温度以下,C2H5OH 的分解是很不完全的,分解程度随温度、滴注量、在炉内停留时间的长短的变化而变化。温度愈低,滴注量愈大,在炉内停留时间愈短,乙醇的分解愈不完全。如果乙醇中的含水量较多,或者由于炉子漏气,渗入其他氧化性气氛,则炉内的气氛就会由弱还原性而变成氧化性,从而导致钢丝脱碳和氧化。笔者曾用三种乙醇溶液(见表1) 作为滴量剂,滴注量为0115l/ h ,分别在3 # 井式气体渗碳炉中处表1 三种乙醇溶液组分%编号甲醇乙醇丙酮水1 # / 99 / 12 # / 94125 / 51753 # 2170 79119 6195 11105理钢丝,用1 # 滴量剂处理的钢丝的脱碳层深度0105mm ,用2 # 滴量剂处理的钢丝的脱碳层深度0115mm ,用3 # 滴量剂处理的钢丝的脱碳层深度最深达0126mm。由此可见,乙醇的含水量是影响钢丝脱碳层深度的一个重要因素。同时,炉子的密封性能也是影响钢丝脱碳层深度的重要因素。这在以往的实践中已得到证实。在滴量剂组分一定、炉子性能良好的状态下,炉温是影响球化退火针布钢丝脱碳层深度的重要因素。它的影响主要表现在两个方面:一是滴量剂的分解程度随温度的升高而增大,所以炉内气氛的还原性增强,降低钢丝的脱碳层深度;二是随着炉温的升高,钢丝表面的碳原子活性增大,表层碳原子的扩散速度加快,因而与氧发生化学反应的机会增多,钢丝愈易脱碳。笔者曾以2 # 乙醇溶液作为滴量剂(滴注量为0115l/ h) ,做了一系列有关炉温与球化退火钢丝氧化脱碳层深度的关系的实验,实验结果见表2 。表2 炉温与脱碳层深度的关系炉温/ 660 680 700 720 740脱碳层深度最大值/ mm 0105 0105 0110 0115 0120脱碳件数/ 件3 4 4 5 8球化级别/ 级(保温8h)1152 2215 2153 3315 3155由表2 可知,钢丝表层脱碳层深度随炉温的升高而增加,可见,碳原子活性提高对脱碳层深度起着主导作用。2 防止氧化脱碳的方法和措施前面提到,乙醇的含水量以及炉子的密封性能是影响钢丝脱碳层深度的重要因素,因此,改善炉子的密封性能,提高乙醇的纯度是降低针布钢丝在球化退火过程中脱碳层深度的可行方法。我厂曾用无水乙醇作为滴量剂,得到了钢丝脱碳层深度0105mm 的理想结果。另外,我厂引进一台真空退火炉,用纯氮(纯度99199 %以上) 作为保护气氛,经过调试,也得到了钢丝脱碳层深度0105mm 的理想结果。但是,这两种方法都不同程度地提高了生产成本,这对于一个企业来说,如非不得已,是不愿意采用的。我们知道,钢丝表层的碳原子当其温度达到700 以上时,已经具有足够的活性,也就是说具有了足够的能量克服位错、孪晶、晶界、亚晶界等束缚,扩散到钢丝表面,与氧反应而逸出,导致脱碳。因此,我们能否把球化退火工艺温度降低到700 以下? 为了解决这个问题,笔者曾做过多次实验,实验是在真空退火炉中进行的(但并非真空状态) ,只是借助真空炉的密封性能,充入纯氮做保护气氛。经过多次调整,最后采用的球化工艺是680 12h ,共做5 炉丝的球化退火实验,取得了令人满意的结果。脱碳层深度全部控制在0110mm 以内, 其中90 %脱碳层深度0105mm ,球化级别也都在215315 级之间。只是钢丝表面覆盖着一层黑色薄氧化皮。为了进一步提高针布钢丝球化退火质量,我们在真空退火炉中做了进一步的改进实验,增添了与井式气体炉一样的滴注式设备,将冷拔钢丝吊装到炉罐内(低温) ,盖上炉盖,上紧扣紧装置,然后抽气至真空压力表读数为- 011MPa 后,充入纯氮至压力表读数为+ 0102MPa ,吊入炉膛中加热,保持真空压力表读数为+ 0102MPa。当炉温达到680 时,滴入工业乙醇,滴注量为0105 l/ h ,保温12h 后停滴,将炉缸吊出炉膛坑冷。注意保持炉缸内压力为正压。经这样处理后的钢丝表面近乎光亮,脱碳层几乎为零,球化级别均在215315 级之间,达到了预期目的。3 结论球化退火针布钢丝的氧化脱碳与以下几种因素有关:(1) 滴量剂乙醇溶液的含水量是导致钢丝脱碳的主要因素之一。含水量愈高,炉内气氛的氧化性愈强,愈易产生脱碳。(2) 热处理炉的密封性能也是影响钢丝脱碳的重要因素。(3) 球化退火的工艺温度也对钢丝脱碳层深度起重要影响,炉温愈高,一方面由于乙醇分解愈完全从而具有降低钢丝脱碳层深度的可能性;另一方面由于碳原子的活性增大,有了更多的机会与氧反应生成CO 或CO2 ,加快了钢丝表层脱碳的速度,从而加大了脱碳层深度,并且后者的影响大于前者。在实验过程中,曾得到本厂拉丝车间、理化室工作人员的大力支持帮助;在本文撰写和修改过程中,得到技术装备部陈海涛部长、阙浩英高工的悉心指导,在此,笔者向他们表示衷心的感谢。参考文献1 费青等. 金属针布的设计制造和使用1 北京:纺织工业出版社,19902 曾祥模1 热处理炉1 西安:西北工业大学出版社,19893 热处理手册编写组1 热处理手册1 北京:机械工业出版社,1991(1996 03 11 收稿)_热处理工艺学-绪论 在当今社会生产中，金属材料的应用是十分广泛的，尤其是钢铁材料，在工业。农业。交通运输。建筑以及国防等各方面都离不开他。随着现代化工农业以及科学技术的发展，人们对金属材料的性能要求越来越高。为满足这一点，一般可以采取两种方法：研制新材料和对金属材料进行热处理。后者是最广泛，最常用的方法。热处理是一种综合工艺。热处理工艺学就是研究这种综合工艺的原理及规律的一门学科。热处理工艺在我国已有悠久的历史，早在商代就已经有了经过再结晶退火的金箔饰物，在洛阳出土的战国时代的铁锛，系由白口铁脱碳退火制成。在战国时代燕都遗址出土的大量兵器，向人们展示了在当时钢件已经采用了淬火，正火，渗碳等工艺。近代出土的秦兵俑佩带的长剑，箭镞等都有力的证明当时已经出现铜合金的复合材料，而且还掌握了精湛的表面保护处理方法，从而保持输千年不锈。热处理工艺最早的史料记载见于汉书。王褒传中，我过明代科学家宋应星在天工开物一书中对热处理工艺已有记载。大量事实证明，我过曾是世界上发展和应用热处理技术最早的国家之一。但是长期的封建统治，阻碍了我过科学技术的进步，在异端相当长的时间内，我国热处理技术的发展处于停止状态，有的技术甚至失传。直至解放以后热处理技术在我国才重新迅速发展起来，出现了许多新工艺，新设备。但和当代世界先进水平比较，我过的热处理技术仍较落后。热处理工艺学-慨述 金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。随着淬火技术的发展，人们逐渐发现冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.150.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。18501880年，对于应用各种气体(如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。18891890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。二十世纪以来，金属物理的发展和其它新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是19011925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳 ；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。热处理工艺学-金属热处理的工艺 热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要步骤之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度 ，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得需要的组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间或保温时间很短，而化学热处理的保温时间往往较长。冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。 “四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺 。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法，有激光热处理、火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属、复合渗等。热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能 ，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性 ；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成