1.退火
退火就是将工件加热到适当的温度,保持一定时间,然后缓慢冷却的热处理工艺。其主要目的是降低硬度,去除内应力,均匀钢的化学成分和组织,细化晶粒,提高塑性,切削加工性能,为最终热处理做好组织准备
生产中退火工艺得到广泛应用。以滚动轴承的生产为例,从钢坯到成品之间要经过扩散退火、脱氢退火、球化退火、去除内应力退火等多道工序。退火工艺方法多样,需根据工件的不同目的和要求而灵活,常用的退火工艺方法有以下几种。
(1)完全退火。
将工件加热至完全奥氏体化后缓慢冷却获得接近平衡组织的退火工艺,称为完全退火。亚共析钢完全退火的加热温度为a2以上20~30℃。完全退火可使钢件降低硬度,提高塑性,细化品粒,切削加工性能。过共析钢一般不宜进行完全退火。若将过共析钢加热至acm以上完全奥氏体化后,在随后的缓慢冷却过程中,将会有网状二次渗碳体析出,使钢的度、塑性和韧性降低。
(2)不完全退火。
将钢加热至ac1~ac3(亚共析钢)或a1ac=m(过共析钢)之间,经保温后缓慢冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。由于加热至两相区温度,仅使奥氏体发生重结晶,故基本上不改变先共析铁素体或渗碳体的形态及分布。如果亚共析钢原始组织中的铁素体已均匀细小,只是珠光体片间距小,硬度偏高,内应力较大,那么只要在ac1以上、ac3以下温度进行不完全退火,即可达到降低硬度、消除内应力的目的。由于不完全退火的加热温度低,时间短,因此,对于亚共析钢的锻件来说,若其锻造工艺正常,钢的原始组织分布合适,则可采用不完全退火代替完全退火。
不完全退火主要用于过共析钢获得球状珠光体组织,以消除内应力,降低硬度,切削加工性。
(3)等温退火。
将工件加热至ac3或ac1以上的温度,保持适当时间后,以较快速度冷却到珠光体转变温度区间的某一温度并等温保持,使奥氏体转变为珠光体类组织后在空气中冷却的工艺称为等温退火。等温退火的作用与完全退火相同。但工艺周期短,组织转变比较均匀一致,因此,特别适用于大件及合金钢件的退火。
(4)球化退火。为了使钢中碳化物球状化而进行的退火称为球化退火。其工艺过程是将钢加热到ac1以上20~30℃,保温一定时间,然后缓慢冷却至an以下20℃左右等温一段时间随后空冷。
与片状碳化物组织相比,球状碳化物可以钢的塑性与韧性,降低硬度,切削加工性能和减少最终热处理时的变形开裂倾向。细小均匀、圆形的碳化物,将使钢的耐磨性、接触疲劳度和断裂韧性得到和提高。
若过共析钢中存在网状二次渗碳体的组织,应先进行正火,消除网状组织,然后再进行球化退火
(5)去应力退火。
将工件加热到500~600℃,并保温一定时间,缓慢冷却至300~200℃以下空冷,消除工件因塑性变形加工、切削加工或焊接造成的残余内应力及铸件内存在的残留应力而进行的退火,称为去应力退火。
钢材在热轧或锻造后,在冷却过程中因表面和心部冷却速度不同造成内外温差,会产生残余内应力。这种内应力和后续工艺因素产生的应力叠加,易使工件发生变形和开裂。对于焊接件可以消除焊缝处由于组织不均匀而存在的内应力,而且能有效提高焊接接头的度,防止焊接工件变形和开裂。除消除内应力外去应力退火还可降低硬度,提高尺寸稳定性,防止工件的变形和开裂。
钢的去应力退火加热温度较宽,但不超过ac1点,因此,退火过程中不发生相变。铸铁件去应力退火温度一般为500550℃,超过550℃容易造成珠光体的石墨化。焊接工件的退火温度一般为500~600℃。一些大的焊接构件,难以在加热炉内进行去应力退火,常常采用火焰或工频感应加热局部退火,其退火加热温度一般略高于炉内加热
去应力退火保温时间也要根据工件的截面尺寸和装炉量决定。钢的保温时间为3mm/mm,铸铁的保温时间为6mim/mn去应力退火后的冷却应尽量缓慢,以免产生新的应力。有些合金结构钢,由于合金元素的含量高,奥氏体较稳定在锻、轧后空冷时能形成马氏体或贝氏体,硬度很高,不能切削加工,为了消除应力和降低硬度,也可在a点以下低温退火温度范围进行软化处理,使马氏体或贝氏体在加热过程中发生分解。这种处理实质就是高温回火。
