正火及退火工艺
发布时间:2019-09-03 点击:次
(1 ) 正火工艺
正火是将钢加热到Ac3 (或Acm ) 点以上30～50℃ , 保温适当时间, 然后在空气中冷却 的热处理工艺。正火后得到含有珠光体的均匀组织。 正火的目的, 对于中、低碳钢的铸、锻件主要是细化晶粒, 并使组织均匀化, 提高低碳钢工件的硬度和切削加工性能, 消除切削加工后的硬化现象和去除内应力; 对于过共析钢,主要是消除网状碳化物, 为后续热处理做组织准备。正火加热温度在实际生产中常常略高一些, 以促使奥氏体均匀化, 增大过冷奥氏体的稳定性。常用结构钢的正火温度及正火后的硬度见表1。
中小型零件正火一般采用热炉装料。大型零件应注意控制装料时的炉温, 形状简单的碳素结构钢或低合金钢可以随炉升温, 不控制加热速度; 但对于形状复杂或中、高合金钢则应严格控制加热速度。中、高合金钢因合金元素含量高, 导热性差, 所以加热速度不宜过快,在低于600～700℃的阶段, 加热速度控制在30～70℃/ h , 温度超过700℃后可增大到80～100℃/ h。 保温时间应充分考虑钢的成分、工件的尺寸和形状、装炉量以及采用的加热炉特性等因 素。合金钢的保温时间比碳钢长一些, 工件越大, 装炉量越多, 保温时间也越长, 一般可按1 . 5～2 . 5 min/ mm (厚度或直径) 估算。 冷却方式应根据钢的成分、工件的尺寸和形状以及正火的性能要求确定。一般小件可在 空气中冷却, 大件可用吹风冷却或喷雾冷却。但对于一些高合金钢, 空气冷却已超过其临界 冷却速度, 属于淬火而非正火。
正火可用于普通结构零件的终热处理, 经过正火改善其铸造或锻造后的组织, 细化晶粒。对于比较重要的零件, 经过正火可使不正常组织变为正常, 粗大组织得到细化, 这样不仅可改善切削加工性, 减小加工的表面粗糙度值, 而且还可减少淬火时变形和开裂的倾向。 对于过共析钢来说, 由于正火时析出的二次渗碳体量较少, 难以形成连续的网状, 有利于球化, 故过共析钢在球化退火之前往往要先进行一次正火, 以抑制网状二次渗碳体的形成。
1退火是将金属或合金加热到适当温度, 保温一定的时间, 然后缓慢冷却的热处理工艺。 退火的主要目的是降低硬度, 改善力学性能, 消除或减少内应力, 稳定尺寸, 消除组织缺陷, 均匀化学成分, 为终热处理做准备。 退火的种类很多, 通常根据退火加热温度可分为:
(1 ) 完全退火
完全退火是将铁碳合金加热到完全奥氏体化, 保温一定时间, 随后缓慢冷却, 获得接近平衡状态组织的退火工艺。其目的是降低硬度, 改善加工性, 消除内应力, 细化组织, 为后续热处理做准备。完全退火主要用于中、低碳钢的铸件、锻件、热轧钢材, 有时也用于焊接结构件。铸件冷凝过慢或锻轧件终锻终轧温度过高, 会引起奥氏体晶粒粗大, 使钢材的塑性和韧性下降; 焊接件会因过热引起组织粗化、内应力和硬度高等缺陷, 这些都可采用完全退火来消除和改善。 完全退火的工艺参数主要有加热温度、加热速度、保温时间和冷却速度等, 其工艺要点如下: 1) 加热温度。一般情况下, 碳钢的完全退火温度选用Ac3 + ( 30～80℃) , 合金钢选用 Ac3 + (50～100℃)。为了加快奥氏体化的过程, 减少工艺保温时间, 在生产中往往采用较 高的加热温度, 而对含有多种合金元素的合金钢, 常采用更高的温度。常用钢的完全退火温 度见表2。
2) 加热速度和保温时间与正火完全相似。 3) 冷却速度。在实际生产中, 冷却速度过慢, 会造成工件硬度过低; 冷却速度过快,会造成硬度偏高。一般情况下, 碳钢的冷却速度为100～150℃/ h , 低合金钢的冷却速度为50～100℃/ h , 高合金钢为20～70℃/ h , 工件随炉冷到500℃左右可出炉空冷, 也可在缓冷坑中冷却。
( 2) 不完全退火
将钢加热到Ac1 ～ Ac3 ( 或Ac1 ～ Acm ) 之间, 经保温后缓冷的方法称为不完全退火。它适用于亚共析钢或过共析钢。如图1所示为不完全退火工艺示意图。 钢在不完全退火时的组织尚未完全奥氏体化, 即铁素体或渗碳体未完全溶入奥氏体, 因此不完全退火只能降低和消除应力, 不能细化组织。与完全退火相比, 除退火温度外, 其他工艺参数一样。
图1 不完全退火工艺示意图
(3 ) 再结晶退火
在冷变形加工中, 金属的硬度、强度和内应力随形变量增加而增大, 塑性随形变量增加而降低, 若随后对其加热, 随着温度的升高, 组织和性能有恢复到冷变形加工前状况的趋势。将经过冷变形的金属在再结晶温度以上加热, 使变形了的晶粒重新形核, 变为细小的等轴晶粒, 同时消除冷作硬化, 使硬度降低, 内应力基本消除, 这种工艺称为再结晶退火。一般钢材的再结晶退火工艺是在600～700℃保温1～3 h 后空冷。 如图2 所示为冷加工形变量及退火温度对金属组织和性能影响的示意图。由图可知, 经过再结晶退火, 可使金属的内应力消除, 硬度、抗拉强度下降, 塑性显著提高。
正火与退火的选择
正火与退火在某种程度上有相似之处, 它们在实际生产中, 有时是可以相互代替的。退火或正火的选用主要从如下三方面考虑: (1 ) 从使用性能上考虑
如果钢件的性能要求不太高, 随后不再进行淬火与回火的话, 则往往可以用正火来提高力学性能; 但如果零件的形状比较复杂, 正火的冷却速度有形成裂纹危险的话( 如复杂或大型的铸件) , 则应采用退火。另外, 从减少终热处理(淬火) 的变形开裂倾向来看, 退火比正火好。
(2 ) 从切削加工性上考虑
一般来说, 金属的硬度在160～240HBS 范围内的切削加工性能比较良好, 过高的硬度不但难以加工且会造成刀具很快磨损, 而过低的硬度则形成很长的切屑缠绕刀具, 造成刀具的发热和磨损, 加工后零件表面粗糙度较大。低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适, 高碳结构钢和工具钢则以退火较好。
(3 ) 从经济上考虑
正火比退火的生产周期短, 能耗少且操作简单, 故在可能的条件下应优先考虑以正火代替退火。
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