金属材料及热处理chapter

1、1 第四章第四章 退火与正火退火与正火Chapter IV Annealing and Normalizing 将金属及其合金加热、保温和冷却，使其组织结构达将金属及其合金加热、保温和冷却，使其组织结构达到或接近的热处理工艺称为退火或正火。退火一到或接近的热处理工艺称为退火或正火。退火一般是在炉内缓冷，正火一般是空冷。主要应用于各类铸、般是在炉内缓冷，正火一般是空冷。主要应用于各类铸、锻、焊工件的毛坯或半成品，消除冶金及热加工过程中产锻、焊工件的毛坯或半成品，消除冶金及热加工过程中产生的缺陷，并为以后的机械加工及热处理准备良好的组织生的缺陷，并为以后的机械加工及热处理准备良好的组织状态。因此，

2、通常把退火及正火称为状态。因此，通常把退火及正火称为。此外，。此外，通过正火可以细化组织，适当提高强度，也可作为某些钢通过正火可以细化组织，适当提高强度，也可作为某些钢件的件的。 钢的退火与正火工艺需遵循钢的退火与正火工艺需遵循的基本规律。的基本规律。 2 概念概念 目的与应用目的与应用 组织与性能组织与性能 工艺缺陷工艺缺陷 将亚共析钢加热到将亚共析钢加热到A Ac3c3以上以上(30(3050)50)、过共析钢加热到过共析钢加热到A Acmcm以上（以上（30305050），保温一定时间后在空气中冷却的热处理保温一定时间后在空气中冷却的热处理工艺方法。工艺方法。3 加热温度要足够高足够高，

3、一般要求得到均匀均匀的单相单相奥氏体组织，工件透热透热均温均温后再于空气中自然空气中自然冷却冷却。过冷奥氏体在空冷中发生共析转变，在亚共析及过共析钢中还将析出先共析产物铁素体或Fe3C。 45目的与应用： 改善切削加工性改善切削加工性 金属的最佳切削加工硬度为170230HBS。wC0.25%，退火后硬度过低，粘刀，表面粗糙，正火细片P，140190HBS；同时F晶粒较细，钢的韧性较好，因此，用低碳钢制造的板、管、带及型材等多采用正火处理，保证较好的力学性能组合。 提高力学性能提高力学性能 对于受力不大、性能要求不高的普通结构零件可作为最终热处理代替调质处理，操作简单，减少工序，节约能源，提高

4、生产效率。6目的与应用： 消除过共析钢中的网状碳化物消除过共析钢中的网状碳化物 过共析钢在淬火前进行球化退火，以便于进行机械加工，并为淬火作好组织准备。但当钢中存在严重的网状K时，球化退火效果不好。正火在空气中冷却速度较快，二次渗碳体不能像退火时那样沿晶界完全析出形成连续网状，可以抑制或消除网状二次渗碳体的形成，有利于球化退火。 改善冶金及热加工过程中造成的某些组织上的缺陷改善冶金及热加工过程中造成的某些组织上的缺陷 中碳结构钢的轧、锻、铸及焊件，热加工后容易出现晶粒粗大的过热组织如魏氏组织和带状组织，正火可细化晶粒、均匀组细化晶粒、均匀组织、消除内应力织、消除内应力，可作为最终热处理之前的预

5、备热处理。 避免淬火时的变形和开裂避免淬火时的变形和开裂 中、高碳钢及中高碳合金钢大型锻件，淬火易出现变形开裂，常采用正火作为最终热处理，正火后需进行高温回火（550600），以消除应力得到良好的综合力学性能。7 组织特点： 钢经退火或正火得到先共析相（F或K）+P。 伪共析组织：冷却速度快，使共析成分不是一点而是一个范围，随冷却速度提高，这个范围变大。因此，退火或正火后得到的P量比按平衡相图计算的要多。 钢在退火、正火后的组织及性能与钢的成分、原始组钢在退火、正火后的组织及性能与钢的成分、原始组织状态、工艺规范等因素有关。对于化学成分较均匀织状态、工艺规范等因素有关。对于化学成分较均匀的轧材

6、，锻件在不同退火或正火制度下能够得到的组的轧材，锻件在不同退火或正火制度下能够得到的组织和硬度可以从钢的过冷奥氏体转变曲线上来判断。织和硬度可以从钢的过冷奥氏体转变曲线上来判断。 8经完全退火与正火后的组织有以下区别： （1）正火的珠光体比退火状态的）正火的珠光体比退火状态的 片层间距小，领域也较小。（2）亚共析与过共析钢）亚共析与过共析钢 由于正火的冷却速度较快，因此先共析产物（自由铁素体、Fe3C）不能充分析出，即先共析析出相数量较平衡冷却时较少。同时，由于奥氏体的成分偏离共析成分而出现伪共析组织。对于过共析钢而言，退火后的组织为珠光体+网状碳化物。正火时网状碳化物的析出受到抑制，从而得到

7、全部细珠光体组织，或沿晶界仅析出一部分条状碳化物（不连续网状）。（3）合金钢）合金钢 由于合金钢中网状碳化物更稳定，不易充分固溶到奥氏体中，因此，在退火后不易形成层状珠光体而呈粒状珠光体。而在正火后由于粒状索氏体或屈氏体硬度较高，故合金钢很少将正火作为切削加工前的预备组织。（4）过热）过热 正常规范下通过退火、正火均使钢的晶粒细化。但如果加热温度过高，使奥氏体晶粒粗大，在正火后极易形成魏氏组织，在退火后则形成粗晶粒的组织。9性能： F：强度低，塑性和韧性好 P：强度较高，塑性和韧性较F差； 力学性能强烈依赖于P片间距或K颗粒的间距。 随片间距减小或颗粒间距减小，强度、塑性提高。组织与性能间的关

8、系： 对于亚共析钢，正火与退火后强度可由下式表达： 钢中珠光体含量越多，强度、硬度越高，韧性下降，临界脆化温度提高。当wC0.45的中、高碳钢锻件中出现 退火时A化T低，冷却过快，球化不充分或K弥散度较大。也往往与装炉量过大、炉温不均匀有关。 可通过第二次退火改善。3.2 过热/Overheat 加热T过高，保温t过长及炉内T不均匀等均可造成局部过热。当冷却较快时，中碳钢中常出现粗大魏氏组织，使钢的机械性能恶化。 可通过完全退火使晶粒细化加以改善。3.3 球化不完全/Partly spheroidized 过共析钢中的欠热组织，钢中尚具有细小片状碳化物存在，该组织硬度偏高，而且在淬火加热时易溶

9、解，使淬火开裂倾向增加，残余奥氏体量较多。 球化退火前有较严重的网状碳化物，在退火时会出现聚集。 可通过正火和球化退火改进，并严格控制球化退火时的奥氏体化温度、时间及冷却规范。11常见工艺缺陷：3.4 脱碳/Decarbonization 在氧化性介质中加热时，工件毛坯在预先热处理过程中产生的脱碳层应在规定的工艺公差之内，以便在后续加工工序中去除，否则将导致淬火后的硬度不足或淬裂危险。 采用真空或保护气氛加热。3.5 退火石墨碳/Annealing graphite 在碳素工具钢或合金钢中由于终锻温度过高（1000），冷却缓慢或退火加热温度较高；在石墨化温度范围长时间停留或多次返修退火均容易在

10、钢中出现石墨碳。 在石墨碳周围形成低碳大块铁素体，严重时断口呈黑色。石墨碳的出现会降低硬度，同时由于石墨对基体的割裂作用，降低了表面加工光洁度，刀具在使用中易崩刃及出现早期磨损。易形成淬火软点，对性能不利。 一般作报废处理，也可通过扩散退火+重新正常退火挽救。 12习题四习题四 1 1、填空题、填空题 (1) 将金属及其合金加热、保温和冷却，使其组织结构达到或接近 的热处理工艺称为退火或正火。退火一般是 ，正火一般是 。主要应用于各类铸、锻、焊工件的毛坯或半成品，因此，通常把退火及正火称为 热处理。 (2) 使钢经退火软化的最佳规范是将钢加热到临界温度以上 的温度（ 钢在Ac3以上），然后在低

11、于Ar1 不超过40的温度范围令其发生 转变。 (3) 是为了改善或消除在冶金过程中形成的成分不均匀性而实行的退火。 (4) 低温退火和再结晶退火，由于只需结构转变无需 ，可在 临界温度下加热、保温和冷却，从而使钢达到平衡状态。 (5) 正火比退火生产周期 ，节省能源，所以低碳钢多采用 而不采用 。 132、问题答完全退火与等温退火有什么异同？经完全退火与正火后的组织有什么区别？何为球化退火？为什么工具钢要进行球化退火而不采用完全退火？常用球化退火工艺有哪几种？并用工艺曲线简示之。何为退火、正火？其目的如何？实际生产中如何正确选用退火与正火工艺？3、思考题在生产中常用增加珠光体量的方法来提高亚

12、共析钢的强度，为此应采用何种热处理工艺，为什么？现有一批45钢普通车床传动齿轮，其工艺路线为：锻造热处理机加工感应加热淬火低温回火磨削。试问锻后应进行何种热处理？为什么？指出下列钢件的锻件毛坯进行预先热处理正火的主要目的及正火后的显微组织：20钢齿轮；45钢小轴；T12锉刀。(1)确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的组织：冷轧后的15钢钢板（要求低硬度）；ZG270500（ZG35）的齿轮；锻造过热的60钢钢坯；具有片状渗碳体的T12钢坯。1415 20钢齿轮钢齿轮 wC0.25%，退火后硬度过低，粘刀，表面粗糙 正火，细化晶粒，提高硬度，改善切削加工性。 先共析F+片P 45钢小轴钢小轴 中碳结构钢的轧、锻、铸及焊件，热加工后容易出现晶粒粗大的过热组织如魏氏组织和带状组织 正火可细化晶粒、均匀组织、消除内应力，可作为最终热处理之前的预备热处理。 先共析F+片P T12锉刀锉刀 过共析钢在淬火前进行球化退火，以便于进行机械加工，并为淬火作好组织准备。但当钢中存在严重的网状K时，球化退火效果不好。 正火在空气中冷却速度较快，二次渗碳体不能像退火时那样沿晶界完全析出形成连续网状，可以抑制或消除网状二次渗碳体的形成，有利于球化退火。 先共析K+片P16冷轧后的15钢钢板（要求低硬度） 冷轧冷变形加工硬化强度、硬度塑性、韧性 再结晶退火 细化晶粒，消除加工硬化。ZG2