熱處理工藝一般分為預(yù)先熱處理和最終熱處理。預(yù)先熱處理是為了消除或改善前道工序引起的某些缺陷, 為最終熱處理做準(zhǔn)備。退火和正火是零件預(yù)先熱處理的主要方式。在某些情況下, 若零件經(jīng)退火或正火后已滿足要求, 這時(shí)的退火和正火工藝就作為最終熱處理。

 (1 ) 正火工藝  

      正火是將鋼加熱到Ac3 (或Acm ) 點(diǎn)以上30～50℃ , 保溫適當(dāng)時(shí)間, 然后在空氣中冷卻

的熱處理工藝。正火后得到含有珠光體的均勻組織。

      正火的目的, 對(duì)于中、低碳鋼的鑄、鍛件主要是細(xì)化晶粒, 并使組織均勻化, 提高低碳鋼工件的硬度和切削加工性能, 消除切削加工后的硬化現(xiàn)象和去除內(nèi)應(yīng)力; 對(duì)于過(guò)共析鋼,主要是消除網(wǎng)狀碳化物, 為后續(xù)熱處理做組織準(zhǔn)備。正火加熱溫度在實(shí)際生產(chǎn)中常常略高一些, 以促使奧氏體均勻化, 增大過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性。常用結(jié)構(gòu)鋼的正火溫度及正火后的硬度見(jiàn)表1。

      中小型零件正火一般采用熱爐裝料。大型零件應(yīng)注意控制裝料時(shí)的爐溫, 形狀簡(jiǎn)單的碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金鋼可以隨爐升溫, 不控制加熱速度; 但對(duì)于形狀復(fù)雜或中、高合金鋼則應(yīng)嚴(yán)格控制加熱速度。中、高合金鋼因合金元素含量高, 導(dǎo)熱性差, 所以加熱速度不宜過(guò)快,在低于600～700℃的階段, 加熱速度控制在30～70℃/ h , 溫度超過(guò)700℃后可增大到80～100℃/ h。

      保溫時(shí)間應(yīng)充分考慮鋼的成分、工件的尺寸和形狀、裝爐量以及采用的加熱爐特性等因

素。合金鋼的保溫時(shí)間比碳鋼長(zhǎng)一些, 工件越大, 裝爐量越多, 保溫時(shí)間也越長(zhǎng), 一般可按1 . 5～2 . 5 min/ mm (厚度或直徑) 估算。

      冷卻方式應(yīng)根據(jù)鋼的成分、工件的尺寸和形狀以及正火的性能要求確定。一般小件可在

空氣中冷卻, 大件可用吹風(fēng)冷卻或噴霧冷卻。但對(duì)于一些高合金鋼, 空氣冷卻已超過(guò)其臨界

冷卻速度, 屬于淬火而非正火。

(2 ) 正火工藝的應(yīng)用  

      正火可用于普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理, 經(jīng)過(guò)正火改善其鑄造或鍛造后的組織, 細(xì)化晶粒。對(duì)于比較重要的零件, 經(jīng)過(guò)正火可使不正常組織變?yōu)檎��? 粗大組織得到細(xì)化, 這樣不僅可改善切削加工性, 減小加工的表面粗糙度值, 而且還可減少淬火時(shí)變形和開(kāi)裂的傾向。

      對(duì)于過(guò)共析鋼來(lái)說(shuō), 由于正火時(shí)析出的二次滲碳體量較少, 難以形成連續(xù)的網(wǎng)狀, 有利于球化, 故過(guò)共析鋼在球化退火之前往往要先進(jìn)行一次正火, 以抑制網(wǎng)狀二次滲碳體的形成。

退火
1退火是將金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度, 保溫一定的時(shí)間, 然后緩慢冷卻的熱處理工藝。        退火的主要目的是降低硬度, 改善力學(xué)性能, 消除或減少內(nèi)應(yīng)力, 穩(wěn)定尺寸, 消除組織缺陷, 均勻化學(xué)成分, 為最終熱處理做準(zhǔn)備。

退火的種類(lèi)很多, 通常根據(jù)退火加熱溫度可分為:

  (1 ) 完全退火  

      完全退火是將鐵碳合金加熱到完全奧氏體化, 保溫一定時(shí)間, 隨后緩慢冷卻, 獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。其目的是降低硬度, 改善加工性, 消除內(nèi)應(yīng)力, 細(xì)化組織, 為后續(xù)熱處理做準(zhǔn)備。完全退火主要用于中、低碳鋼的鑄件、鍛件、熱軋鋼材, 有時(shí)也用于焊接結(jié)構(gòu)件。鑄件冷凝過(guò)慢或鍛軋件終鍛終軋溫度過(guò)高, 會(huì)引起奧氏體晶粒粗大, 使鋼材的塑性和韌性下降; 焊接件會(huì)因過(guò)熱引起組織粗化、內(nèi)應(yīng)力和硬度高等缺陷, 這些都可采用完全退火來(lái)消除和改善。

      完全退火的工藝參數(shù)主要有加熱溫度、加熱速度、保溫時(shí)間和冷卻速度等, 其工藝要點(diǎn)如下:

      1) 加熱溫度。一般情況下, 碳鋼的完全退火溫度選用Ac3 + ( 30～80℃) , 合金鋼選用

Ac3 + (50～100℃)。為了加快奧氏體化的過(guò)程, 減少工藝保溫時(shí)間, 在生產(chǎn)中往往采用較

高的加熱溫度, 而對(duì)含有多種合金元素的合金鋼, 常采用更高的溫度。常用鋼的完全退火溫

度見(jiàn)表2。

2) 加熱速度和保溫時(shí)間與正火完全相似。

3) 冷卻速度。在實(shí)際生產(chǎn)中, 冷卻速度過(guò)慢, 會(huì)造成工件硬度過(guò)低; 冷卻速度過(guò)快,會(huì)造成硬度偏高。一般情況下, 碳鋼的冷卻速度為100～150℃/ h , 低合金鋼的冷卻速度為50～100℃/ h , 高合金鋼為20～70℃/ h , 工件隨爐冷到500℃左右可出爐空冷, 也可在緩冷坑中冷卻。

 ( 2) 不完全退火  

      將鋼加熱到Ac1 ～ Ac3 ( 或Ac1 ～ Acm ) 之間, 經(jīng)保溫后緩冷的方法稱(chēng)為不完全退火。它適用于亞共析鋼或過(guò)共析鋼。如圖1所示為不完全退火工藝示意圖。

      鋼在不完全退火時(shí)的組織尚未完全奧氏體化, 即鐵素體或滲碳體未完全溶入奧氏體, 因此不完全退火只能降低和消除應(yīng)力, 不能細(xì)化組織。與完全退火相比, 除退火溫度外, 其他工藝參數(shù)一樣。

圖1 不完全退火工藝示意圖

  (3 ) 再結(jié)晶退火  

      在冷變形加工中, 金屬的硬度、強(qiáng)度和內(nèi)應(yīng)力隨形變量增加而增大, 塑性隨形變量增加而降低, 若隨后對(duì)其加熱, 隨著溫度的升高, 組織和性能有恢復(fù)到冷變形加工前狀況的趨勢(shì)。將經(jīng)過(guò)冷變形的金屬在再結(jié)晶溫度以上加熱, 使變形了的晶粒重新形核, 變?yōu)榧?xì)小的等軸晶粒, 同時(shí)消除冷作硬化, 使硬度降低, 內(nèi)應(yīng)力基本消除, 這種工藝稱(chēng)為再結(jié)晶退火。一般鋼材的再結(jié)晶退火工藝是在600～700℃保溫1～3 h 后空冷。

      如圖2 所示為冷加工形變量及退火溫度對(duì)金屬組織和性能影響的示意圖。由圖可知,

經(jīng)過(guò)再結(jié)晶退火, 可使金屬的內(nèi)應(yīng)力消除, 硬度、抗拉強(qiáng)度下降, 塑性顯著提高。

正火與退火的選擇

      正火與退火在某種程度上有相似之處, 它們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中, 有時(shí)是可以相互代替的。退火或正火的選用主要從如下三方面考慮:

  (1 ) 從使用性能上考慮  

       如果鋼件的性能要求不太高, 隨后不再進(jìn)行淬火與回火的話, 則往往可以用正火來(lái)提高力學(xué)性能; 但如果零件的形狀比較復(fù)雜, 正火的冷卻速度有形成裂紋危險(xiǎn)的話( 如復(fù)雜或大型的鑄件) , 則應(yīng)采用退火。另外, 從減少最終熱處理(淬火) 的變形開(kāi)裂傾向來(lái)看, 退火比正火好。

 (2 ) 從切削加工性上考慮  

      一般來(lái)說(shuō), 金屬的硬度在160～240HBS 范圍內(nèi)的切削加工性能比較良好, 過(guò)高的硬度不但難以加工且會(huì)造成刀具很快磨損, 而過(guò)低的硬度則形成很長(zhǎng)的切屑纏繞刀具, 造成刀具的發(fā)熱和磨損, 加工后零件表面粗糙度較大。低、中碳結(jié)構(gòu)鋼以正火作為預(yù)先熱處理比較合適, 高碳結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼則以退火較好。

  (3 ) 從經(jīng)濟(jì)上考慮  

      正火比退火的生產(chǎn)周期短, 能耗少且操作簡(jiǎn)單, 故在可能的條件下應(yīng)優(yōu)先考慮以正火代替退火。

 -End-