CH10.1 钢的热处理工艺(退火与正火)PPT

第十章钢的热处理工艺重要零部件生产过程毛坯生产(铸造或锻造)预备热处理(退火或正火)机械粗加工机械精加工成品退火与正火冷却速度较慢，主要用来改善材料工艺性能，消除残余应力、改善组织、细化晶粒，调整硬度、改善切削性能等等——预备热处理获得优异的综合力学性能——最终热处理最终热处理(淬火和回火)

钢的热处理工艺是指根据钢在加热和冷却过程中的组织转变规律制定的具体加热、保温和冷却的工艺参数。（链接）

热处理工艺种类很多，其分类如下：

（1）根据加热、冷却方式及获得组织和性能的不同，钢的热处理可分为：普通热处理（退火、正火、淬火和回火）、表面热处理（表面淬火和化学热处理等）及形变热处理。（2）根据热处理在零件整个生产过程中的位置和作用可分为：预备热处理和最终热处理。热处理的分类热处理普通热处理表面热处理退火正火淬火回火表面淬火化学热处理火焰加热感应加热其它其它氮化渗碳形变热处理钢的热处理几个概念：

整体热处理：对工件整体进行穿透加热的热处理工艺。常用的有退火、正火、淬火和回火。

表面热处理：仅对工件表层进行热处理以改变其组织和性能的工艺。常用的是表面淬火和回火。

化学热处理：将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗等。10.1钢的退火与正火

退火（annealing）与正火（normalizing）主要用于预备热处理，，即安排在铸造、锻造之后，切削加工之前，用以消除前一工序所带来的某些缺陷，为随后的工序作准备。只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。真空退火炉退火炉一、退火的目的和工艺退火:将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却(炉冷)的热处理工艺叫做退火。退火的目的：

⑴调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为170-250HB。⑵消除或改善工件在铸、锻、焊等加工过程中所造成的成分不均匀或组织缺陷，以提高工件的工艺性能和使用性能。消除内应力或加工硬化，防止加工中变形。⑶细化晶粒，为最终热处理作组织准备。退火的分类:1.根据加热温度可分为两大类：一类是在临界温度（Ac1或Ac3）以上的退火，又称为相变重结晶退火，包括完全退火、不完全退火、球化退火和扩散退火等；另一类是在临界温度以下的退火，包括再结晶退火及去应力退火等。退火重结晶退火扩散退火完全退火普通退火等温退火球化退火普通球化退火等温球化退火低温退火再结晶退火去应力退火2.根据冷却方式可分为两大类：等温退火和连续冷却退火。

(一).完全退火(链接)

1.定义：完全退火是将亚共析钢加热到Ac3以上，保温一定时间，使组织完全奥氏体化后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。

2.应用：用于亚共析钢（0.3～0.6%C）及合金钢的铸件、锻件以及热轧型材。

特点：加热过程中获得完全的奥氏体组织，冷却后组织接近平衡组织。

3.目的：消除或改善亚共析钢的铸、锻件的内应力，降低硬度、提高韧度、均匀组织，为后续加工做准备，改善切削加工性能。同时消除残余应力。

4.工艺：

（1）加热温度

Ac3以上20～30℃

（2）保温时间

τ=KD

或

τ=(3～4)＋(0.2～0.5)Q

（3）冷却随炉缓冷

注意：过共析钢不能采用完全退火(?)等温退火

1.等温退火：将钢加热到Ac1或Ac3以上保温，然后快速冷至稍低于Ar1等温，是A→P，再空冷至室温。

2.应用：亚共析钢的铸锻件和过共析钢、合金工模具钢特点：转变在恒温下进行，组织均匀，可大大缩短退火时间。

3.工艺：（1）加热温度：与完全退火或球化退火相同

（2）温度等温：视钢材成分和退火温度而定。

（3）冷却：可空冷至室温。等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢。T12完全退火组织（网状），500倍（二）不完全退火(链接)1.不完全退火：将钢加热到Ac1－Ac3(亚共析钢)或Ac1－Accm(过共析钢)之间，保温后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。

2.应用：亚共析钢和过共析钢

3.目的：

4.工艺：

（1）加热温度：Ac1～Ac3(亚)或Ac1～Accm(过)之间（2）保温时间：τ=KD

τ=(～4)＋(0.2～0.5)Q

（3）冷却随炉缓冷注：过共析钢不完全退火实际上是球化退火的一种。（三）球化退火(链接)

1.球化退火：通常加热温度是Ac1以上20～30℃,经保温后缓冷，使片状渗碳体转变为球状或粒状。球化退火是将钢中渗碳体（碳化物）球状化的退火工艺,是不完全退火的一种。2.应用：主要用于共析钢、过共析钢及合金工、模具钢,轴承钢。近年来球化退火应用于亚共析钢（为改善变形工艺性）也取得成功。

特点：加热过程中片状渗碳体发生不完全溶解而断开，形成细小渗碳体，冷却过程中以球粒状析出弥散分布在铁素体基体上。

3.目的：使组织中的网状二次渗碳体和珠光体中片层状的渗碳体球化，降低硬度，改善切削性能，并淬火做好组织准备。

具有粒状珠光体的高碳钢有以下优点：①硬度较低，便于切削加工；②减少淬火时过热和变形倾向；③淬火后力学性能高，耐磨性好。

共析钢球化退火组织(化染)700

T10钢球化退火组织(化染)5004.球化退火类型(链接)

（1）P的球化

（2）由A转变为球化体一次球化退火工艺、二次球化退火工艺、往复球化退火工艺。

（3）M在稍低于Ar1的温度分解

5.冷却：炉冷或冷至Ar1以下较高温度等温。

T12正常球化退火组织，500倍球化退火工艺1.缓慢冷却（一次）球化退火接近于Ac1长时间保温使片状渗碳体向球状渗碳体转化。其工艺：

（1）加热温度：Ac1＋（20～30）℃

（2）保温时间：取决于工件的透烧时间但不宜过长。

（3）冷却：随炉缓冷至600℃以下出炉空冷

2.等温球化退火将钢加热到略高于Ac1短时间保温形成不均匀的A和未溶解的渗碳体（碳化物），然后通过缓冷或稍低于Ar1等温。其工艺：

（1）加热温度：Ac1＋（20～30）℃（2）等温温度：

Ar1－（20～30）℃

（3）保温时间：取决于工件的透烧时间但不宜过长。

（4）冷却：随炉缓冷至600℃以下出炉空冷3.往复球化退火将钢加热到略高于Ac1保温，然后冷至稍低于Ar1温度等温，并在A1上下循环加热和冷却多次，然后随炉缓冷至600℃以下出炉空冷。T10钢球化退火（四）扩散退火（均匀化退火）(链接)1.扩散退火：是指将钢加热到Ac3或Accm以上150～300℃，长时间保温，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。其实质是使钢中的各元素在奥氏体中进行充分扩散，达到成分均匀化。

2.应用：铸锭和铸件

3.目的：达到化学成分和组织均匀化。

4.工艺：(1)加热温度：

Ac3(亚)或Accm(过)以上150～300℃(或0.8～0.9Tm而低于固相线)（要视钢种和偏析程度）

(2)保温时间：τ=8.5＋Q/4

(3)冷却：随炉缓冷。注意：扩散退火的晶粒粗大，扩散退火后再进行一次完全退火或正火。（五）去应力退火(链接)

1.去应力退火(又称为回复退火)(链接)：

2.应用：去除铸件、焊件以及塑性变形件中存在的内应力，以稳定组织或尺寸。铸件、锻压件、焊件、切削加工件等

3.目的：消除工件的内应力，稳定工件尺寸，减少变形。

特点：低温退火，无组织变化.

4.工艺：（1）加热温度：其加热温度范围很宽，通常是在再结晶温度以下。

（2）加热温度：视工件大小和装炉量而定。

（3）冷却：尽量缓冷以免产生新的应力。（六）再结晶退火

1.再结晶退火(链接)：指将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保温适当时间后，使变形晶粒转变为无应变的等轴新晶粒，从而消除加工硬化和残余内应力的热处理工艺。

2.应用：

3.目的：

4.工艺：

(1)加热温度：T再以上150～200℃（T再=0.4Tm）

(2)保温时间：

(3)冷却：空冷至室温。各种热处理方法及冷却曲线示意图温度(℃)名称Ac3+30～50完全退火Ac1+30～50球化退火500～600去应力退火Ac3+150～250扩散退火二、钢的正火目的和工艺(链接)1.钢的正火：将钢件加热到Ac3或Accm以上，保温一定时间后，在空气中冷却得到细片状珠光体组织的热处理工艺。

正火的实质是钢完全A化加伪共析转变。正火与退火的明显差异是正火冷却速度稍快。

2.正火组织：P类组织（伪P），比退火状态的片层间距小，P领域也小。正火态S0=0.2㎛，退火态S0=0.5㎛。名称目的工艺制度组织应用完全退火细化晶粒，消除铸造偏析，降低硬度，提高塑性加热到AC3＋20～50℃，炉冷至550℃左右空冷

F＋P亚共析钢的铸、锻、轧件，焊接件球化退火降低硬度，改善切削性能，提高塑性韧性，为淬火作组织准备加热到AC1＋20～40℃，然后缓冷至600℃空冷片状珠光体和网状渗碳体组织转变为球状共析、过共析钢及合金钢的锻件、轧件等等温退火获得均匀组织，为淬火作组织准备加热到AC3＋20～50℃合金钢和高合金钢扩散退火改善或消除枝晶偏析，使成分均匀化加热到Tm-100～200℃，先缓冷，后空冷粗大组织（组织严重过烧）合金钢铸锭及大型铸钢件或铸件再结晶退火消除加工硬化，提高塑性加热到再结晶温度，再空冷变形晶粒变成细小的等轴晶冷变形加工的制品去应力退火消除残余应力，提高尺寸稳定性加热到500～650℃缓冷至200℃空冷无变化铸、锻、焊、冷压件及机加工件常用退火工艺制度小结3、正火的目的钢的种类正火主要目的低、中碳钢(≤0.6C%)和低碳合金钢目的与退火的相同。消除铸造和焊接过程引起的过热组织缺陷，细化晶粒、提高硬度、改善切削加工性。中碳结构钢对力学性能要求不高或尺寸较大的结构件，常用正火作为最终热处理，以提高其强度、硬度。预备热处理和正火代替调质处理。正火可消除成形工艺过程中产生的缺陷，保证合适的切削加工硬度，为后续热处理做好组织准备。过共析钢消除网状二次渗碳体、为球化退火和淬火做准备高合金钢淬火作用（空淬）§2－3退火与正火

注意：一般在生产中要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火.与退火相比具有以下特点：

1）由于冷却速度较退火快，所得组织比退火时要细；2）正火后的零件的强度和硬度比退火时高，且含碳量越高，差别越大；3）低碳钢经正火处理后的强度与硬度，与退火处理的差别不多，但正火处理是在炉外进行，不占用设备，生产率高，所以低碳钢多采用正火代替退火处理。4）中碳钢的正火可替代调质处理，为高频淬火作准备。5）高碳钢可消除网状渗碳体，为球化退火做准备。4、正火工艺温度(℃)名称Ac3+30～50亚共析钢Ac1+30～50共析钢Accm+30～50过共析钢

（1）加热温度：Ac3(亚)或Accm(过)以上30～50℃；含碳化物形成元素的合金钢采用Ac3以上100～150℃。

（2）保温时间：与完全退火相同

（3）冷却：空冷或风冷正火工艺参数正火工艺参数①含碳量≤0.25%经正火后硬度提高，改善了切削加工性能。②消除过共析钢中的二次渗碳体。③作为普通结构零件的最终热处理。正火的冷却速度稍快于退火，由C曲线可知，二者的组织是不一样的。正火后的组织比退火细，如图所示。5、正火的应用三、退火和正火的选用一.退火和正火的区别1.正火与退火的明显差异是正火冷却速度快。正火时会出现伪共析转变。2.正火与退火的组织都是P类组织，正火态为伪P，退火态为平衡组织。正火态比退火状态的片层间距小，P领域也小。3.合金钢中碳化物稳定，不易溶入A，正火与退火后为粒状