【文章內(nèi)容簡介】 織。 ? 根據(jù)退火的工藝特點和目的，退火分為：擴散退火、完全退火、球化退火、等溫退火和低溫去應(yīng)力退火等。 ? 1 .擴散退火 ? 合金鑄錠及大型鑄件在鑄造結(jié)晶討程中，往往會發(fā)生較嚴(yán)重的枝晶偏析 ,為消除枝晶偏析，改善工藝性能和機械性能，必須將工件加熱到高溫 (1050~ 1150 ℃ )下進(jìn)行長時間 (15~20小時 )的加熱，隨后隨爐緩慢冷卻到 350 ℃ 以下，出爐空冷。高溫長時間加熱是為了使合金元素得到充分的擴散，從而消除枝晶偏析。由于高溫長時間加熱使奧氏體晶粒粗大，故工件經(jīng)擴散退火后，需要進(jìn)行一次完全退火或正火，細(xì)化晶粒，改善機械性能。 ? ? 完全退火又稱重結(jié)晶退火。一般簡稱為退火，主要用于亞共析鋼鑄件、鍛件、熱軋型材及焊接件等。 ? 完全退火的工藝是將鋼件加熱至 Ac3以上 30~50 ℃ ，保溫一定時間后，隨爐級慢冷卻（或埋在沙中冷卻）至 500 ℃ 以下，然后空冷。由于加熱溫度超過 Ac3，使鋼的組織完全重結(jié)晶，所以可以達(dá)到均勻組織、細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度的目的。 ? ? 球化退火主要用于過共析鋼及合金工具鋼。球化退火是使鋼獲得球狀小顆粒碳化物組織的工藝方法。 ? 由于過共析鋼經(jīng)軋制、鍛造空冷后，組織中會出現(xiàn)層片狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體。這樣的組織不僅硬而脆，切削加工時刀具容易磨損，而且在以后的淬火過程中易于變形開裂。為了克服這些缺點，通過球化退火，使?jié)B碳體呈球狀（或小顆粒狀），均勻分布在鐵素體基體上，這種組織稱球狀珠光體。它的硬度較層片狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體組織的硬度低。 ? 一般球化退火工藝是將鋼件加熱至 AC1以上 2030 ℃ （或在 Ar1以下 2 0 ℃ 左右 ) ，保溫一定時間后 (等溫 4~6小時）隨爐進(jìn)行冷卻。 ? 其原理是 :原始片狀珠光體在加熱至 Ac1以上 2030 ℃ 溫度時，滲碳體開始溶解但又未完全溶解 ,一些碳化物斷開為許多細(xì)的片狀碳化物，彌散地分布在奧氏體基體上。同時，由于加熱溫度低，保溫時間短，奧氏體的成分極不均勻，在隨后的緩慢冷卻過程中，或以原有的細(xì)的碳化物質(zhì)點為核心，或在奧氏體中碳聚集區(qū)產(chǎn)生新的碳化物核心，形成均勻的顆粒狀碳化物。同時，由于球形具有最小的表面能，在保溫和緩冷過程中，碳化物自發(fā)地成長為球狀。 ? ? 完全退火的生產(chǎn)周期長，特別對于某些奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，其退火工藝往在需要幾十小時，如果在珠光體形成溫度進(jìn)行奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變處理，這樣做可在等溫 ? 處理的前后稍快地進(jìn)行冷卻，以便縮短整個退火周期，而且所獲得的組織也比較均勻。這種退火方法稱“等溫退火”。等溫退火的等溫溫度一般為該鋼的 Ar1以下 30 ℃ 左右。等溫時間應(yīng)按等溫轉(zhuǎn)變曲線，以保證奧氏體全部轉(zhuǎn)變。一般碳鋼為 1~2 小時，合金鋼為 3~4 小時。 ? 下圖是高速鋼的普通退火與等溫退火的工藝比較，可以看出，退火周期從 15~20小時縮短到幾個小時左右。 ? ? 去應(yīng)力退火、又稱低溫退火，主要用于消除鑄件、鍛件、焊接件、熱軋件以及冷沖、沖擠壓件等的內(nèi)應(yīng)力。如不消除其內(nèi)部的殘余應(yīng)力，必將引起工件在一定時間后，或在隨后的切削加工過程中產(chǎn)生變形或開裂。 ? 去應(yīng)力退火的工藝是將鋼件加熱至 A1以下，一般為 5 00~650℃ ，經(jīng)一段時間 (24)小時的保溫，然后緩慢冷卻至 300 ℃ 以下出爐。鋼件在退火過程中不發(fā)生組織變化，鋼件中的內(nèi)應(yīng)力是在加熱、保溫和緩慢冷卻過程中消除的。 ? 對于某些體積龐大的焊接構(gòu)件如無法在加熱爐內(nèi)進(jìn)行，可用火焰或工頻感應(yīng)加熱 ,對焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行局部去應(yīng)力退火處理。 ? 五、正火 ? 正火是將鋼加熱至 Ac3或 Accm以上 30~40℃ ，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻的一種工藝方法。由于正火的冷卻速度比退火冷卻速度稍快所得組織較退火細(xì)，強度和硬度有所提高。 ? 正火工藝簡單、經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用較廣 ,可作為： ? 。 ? 。 ? 。 ? ％的鍛件的退火處理 ? 六、退火與正火的選擇 ? 由于退火與正火的目的大致相同，多數(shù)都是作為預(yù)備熱處理，在生產(chǎn)上有時可以相互代替 .在實際生產(chǎn)中如何進(jìn)行選擇，可以從以下幾方面進(jìn)行考慮 : 1 .從改善切削加工性能方面考慮 ? 鋼的硬度在 HB160~230 范圍內(nèi) ,組織中沒有大塊柔韌的鐵素體時，切削加工比較方便。為此，對于低碳鋼應(yīng)以正火作為預(yù)備熱處理。對于高碳鋼則必須采用退火，對于含碳量不超過 ％的碳鋼以及某些低合金結(jié)構(gòu)鋼則以采用退火為好 . 2 .從使用性能方面考慮 :對于亞共析鋼來說，一般總是正火處理比經(jīng)退火的具有更為良好的機械性能。如工件性能要求不高時，可用正火作為最終處理。 :從減少最后熱處理淬火時的變形開裂傾向方面看，正火不如退火 .對于準(zhǔn)備進(jìn)行快速加熱的工件，正火組織比退火組織更有助于加快奧氏體化過程。 :由于正火比退火的生產(chǎn)周期短得多，設(shè)備利用率高，且操作簡單，姑在可能的條件下，應(yīng)盡量以正火代替退火。 第四節(jié) 鋼的淬火 一、淬火及其目的 將鋼加熱至臨界區(qū) (Ac 1或 Ac3)以上 30~50 ℃ ，保溫一段時間 ,然后快速（超過該種鋼的臨界冷卻速度）冷卻，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體的一種操作方法。 淬火的目的如下： .對于各種工具、模具、量具以及要求表面耐磨的零件用淬火方法獲得高的硬度和耐磨性，以保證使用壽命。 .淬火后，一般獲得最高的硬度，如配以不同的溫度回火，可以大幅度地提高鋼的強度、韌性及疲勞強度，并可獲得這些性能之間的各種配合，以滿足不同的使用要求。此外，對于某些待殊鋼，用淬火方法獲得一定的物理化學(xué)性能 . ? 二、鋼淬火時的組織轉(zhuǎn)變和性能特點 ? ? 淬火之所以能強化鋼件的主要原因在于淬火時的快速冷卻而獲得馬氏體組織。由鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線可知要獲得馬氏體組織，就必須以大于臨界冷卻速度，把奧氏休過冷至 Ms 以下的較低溫度，使之向馬氏體轉(zhuǎn)變。為此，馬氏體的形成條件是快冷和深度過冷，兩者缺一不可。 2.馬氏體的晶體結(jié)構(gòu) ? 淬火鋼的組織主要是馬氏體。馬氏體是碳在 aFe 中的過飽和固溶體。由于碳的過飽和 ,使 aFe晶格由體心立方變?yōu)轶w心正方 ,使晶格常數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，而且隨著含碳量的增加，其正方度 (C／ a 的比值 )也愈大，晶格的畸變增大 .一般認(rèn)為，含碳量大于 ％的馬氏體都具有正方度，即 C／ a ＞ 1 ． ? ? 由于鋼種及熱處理的不同 ,鋼中馬氏體可以有兩種不同的組織形態(tài)。 (1)板條狀馬氏體 這種馬氏體是由尺寸大致相同薄而細(xì)長的板條定向排列組成的馬氏體束，同一束內(nèi)各板條近于平行。同一奧氏體晶粒內(nèi)，可以形成位向不同的多個馬氏體束，束與束之間的位向差別較大。在電子顯微鏡下觀察板條狀馬氏體，其晶體內(nèi)存在著大量高密度的位錯，故板條馬長體反稱位錯型馬氏體。 (2)針狀 (片狀 )馬氏體 針狀馬氏體其空間形狀呈雙凸透鏡狀，針與針之間相互不平行，常呈一定角度相交。在原始奧氏休晶粒內(nèi)，首先形成的馬氏體針往往比較粗大，并橫貫整個晶粒，使隨后形成的馬氏體的長大受到限制而大小不一。在電子顯微鏡下觀察針狀馬氏休，針內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要為孿晶，針(片 )狀馬氏體又稱孿晶馬氏體 . ? 鋼淬火后的組織形態(tài)，一般認(rèn)為主要取決于奧氏體的化學(xué)成分和馬氏體的形成溫度。奧氏體含碳量＜ 0. 25 ％時，其淬火組織幾乎全部為板條馬氏體，故低碳鋼淬火后都為板條狀馬氏體。當(dāng)奧氏體含碳量＞ ％時，則幾乎全部為針狀馬氏體，故高碳工具鋼淬火后都為針狀馬氏體，而中碳鋼淬火后則為板條馬氏體和少量針狀馬氏體的混合組織。馬氏體形成溫度越高，則易于形成板條馬氏體 。馬氏體形成溫度低，則易于形成針狀馬氏體。此外，合金元素都促使形成針狀馬氏體。在馬氏體形成溫度以上不太高的溫度下進(jìn)行塑性變形，也會促使形成板條馬氏體。 ? 4 .馬氏體的性能 ? (1)硬度高 ? 硬度高是馬氏體的主要性能特點。其所以具有較高的硬度主要是馬氏體中過飽和的碳原子引起固溶強化的結(jié)果，而且其強化效果隨含碳量的增加而增強。此外，板條狀馬氏體中的大量位錯，針狀馬氏體中的大量細(xì)小孿晶都能阻礙工件受力時的滑移變形，從而引起硬化 ,特別是孿晶的硬化作用更大。 (2)強度 馬氏體有很高的強度，其強度隨含碳量的增加而提高。當(dāng)馬氏體含碳量超過 ％后，其強度的提高就更明顯了。此外，原始奧氏體的晶粒愈細(xì)，得到的細(xì)小馬氏體強度愈高。 (3)塑性和韌性 低碳板條狀馬氏體具有較高的強度，同時還兼有相當(dāng)好的塑性和韌性。片狀 (針狀 )馬氏體由于其中有大量細(xì)小孿晶使滑移變形不易進(jìn)行，故降低了塑性和韌性 .此外由于針狀馬氏體呈一定角度相交，在高速長大時，馬氏體片間常因互相撞擊而形成顯微裂紋，故也增加其脆性。 綜上所述，馬氏體的機械性能取決于含碳量、組織結(jié)構(gòu)和馬氏體組織形態(tài)。低碳板條狀馬氏體兼有很高的強度和良好的韌性。高碳針狀馬氏體雖具有極高的硬度，但脆性大而韌性差。因此，在保證足夠的強度和硬度的前提下，盡可能多獲得板條狀馬氏體。這就是所謂鋼的強韌化處理的方法之一。 ? (4)馬氏體的比容 ? 在鋼的組織中，馬氏體具有最大的比容，且含碳量愈高，兩者相差愈大，因此淬火前后工件體積變化也愈大。這是鋼淬火時產(chǎn)生變形、開裂的根本原因之一 . ? 三、馬氏體轉(zhuǎn)變的基本規(guī)律 ? ? 馬氏體轉(zhuǎn)變除快速冷卻外，還必須過冷到某一特定溫度 Ms 點以下。它與冷卻速度的大小無關(guān)，而主要取決于鋼加熱后所獲奧氏體的成分及狀態(tài)。即使同－鋼種，也因其奧氏體化程度的不同， Ms 點也不同。 ? 2 ．馬氏體的變溫形成 ? 馬氏體轉(zhuǎn)變必須在連續(xù)冷卻過程中才能基本完成。如過冷奧氏體冷卻至 Ms 以下某一溫度時，會高速地形成一定數(shù)量的馬氏體，此時如不繼續(xù)冷卻，馬氏量就不再增加。 如在此溫度恒溫停留，一般也只能形成少量馬氏體，此后轉(zhuǎn)變不再進(jìn)行 .只有再繼續(xù)冷卻 ,才形成新的馬氏體 ,馬氏體的數(shù)量才能不斷增加 ,直至冷卻到 Mf溫度 ,馬氏體的轉(zhuǎn)變停止 .一般鋼的 Mf溫度都低