【不銹鋼熱處理】淬火、回火、正火、退火

 

   1   什么叫淬火？

鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上溫度，保溫一段時(shí)間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進(jìn)行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。

淬火的目的：

1）提高金屬成材或零件的機(jī)械性能。例如：提高工具、軸承等的硬度和耐磨性，提高彈簧的彈性極限，提高軸類零件的綜合機(jī)械性能等。

2）改善某些特殊鋼的材料性能或化學(xué)性能。如提高不銹鋼的耐蝕性，增加磁鋼的永磁性等。

淬火冷卻時(shí)，除需合理選用淬火介質(zhì)外，還要有正確的淬火方法，常用的淬火方法，主要有單液淬火，雙液淬火，分級(jí)淬火、等溫淬火，局部淬火等。

 

鋼鐵工件在淬火后具有以下特點(diǎn)：

① 得到了馬氏體、貝氏體、殘余奧氏體等不平衡（即不穩(wěn)定）組織。

② 存在較大內(nèi)應(yīng)力。

③ 力學(xué)性能不能滿足要求。因此，鋼鐵工件淬火后一般都要經(jīng)過回火

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什么叫回火？

回火是將淬火后的金屬成材或零件加熱到某一溫度，保溫一定時(shí)間后，以一定方式冷卻的熱處理工藝，回火是淬火后緊接著進(jìn)行的一種操作，通常也是工件進(jìn)行熱處理的最后一道工序，因而把淬火和回火的聯(lián)合工藝稱為最終處理。淬火與回火的主要目的是：

1）減少內(nèi)應(yīng)力和降低脆性，淬火件存在著很大的應(yīng)力和脆性，如沒有及時(shí)回火往往會(huì)產(chǎn)生變形甚至開裂。

2）調(diào)整工件的機(jī)械性能，工件淬火后，硬度高，脆性大，為了滿足各種工件不同的性能要求，可以通過回火來調(diào)整，硬度，強(qiáng)度，塑性和韌性。

3）穩(wěn)定工件尺寸。通過回火可使金相組織趨于穩(wěn)定，以保證在以后的使用過程中不再發(fā)生變形。

4）改善某些合金鋼的切削性能。

 

回火的作用在于：

① 提高組織穩(wěn)定性，使工件在使用過程中不再發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，從而使工件幾何尺寸和性能保持穩(wěn)定。

② 消除內(nèi)應(yīng)力，以便改善工件的使用性能并穩(wěn)定工件幾何尺寸。

③ 調(diào)整鋼鐵的力學(xué)性能以滿足使用要求。

回火之所以具有這些作用，是因?yàn)闇囟壬�高時(shí)，原子活動(dòng)能力增強(qiáng)，鋼鐵中的鐵、碳和其他合金元素的原子可以較快地進(jìn)行擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)原子的重新排列組合，從而使不穩(wěn)定的不平衡組織逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定的平衡組織。內(nèi)應(yīng)力的消除還與溫度升高時(shí)金屬?gòu)?qiáng)度降低有關(guān)。一般鋼鐵回火時(shí)，硬度和強(qiáng)度下降，塑性提高。回火溫度越高，這些力學(xué)性能的變化越大。有些合金元素含量較高的合金鋼，在某一溫度范圍回火時(shí)，會(huì)析出一些顆粒細(xì)小的金屬化合物，使強(qiáng)度和硬度上升。這種現(xiàn)象稱為二次硬化。

回火要求：用途不同的工件應(yīng)在不同溫度下回火，以滿足使用中的要求。

① 刀具、軸承、滲碳淬火零件、表面淬火零件通常在250℃以下進(jìn)行低溫回火。低溫回火后硬度變化不大，內(nèi)應(yīng)力減小，韌性稍有提高。

② 彈簧在350～500℃下中溫回火，可獲得較高的彈性和必要的韌性。

③ 中碳結(jié)構(gòu)鋼制作的零件通常在500～600℃進(jìn)行高溫回火，以獲得適宜的強(qiáng)度與韌性的良好配合。

鋼在300℃左右回火時(shí)，常使其脆性增大，這種現(xiàn)象稱為第一類回火脆性。一般不應(yīng)在這個(gè)溫度區(qū)間回火。某些中碳合金結(jié)構(gòu)鋼在高溫回火后，如果緩慢冷至室溫，也易于變脆。這種現(xiàn)象稱為第二類回火脆性。在鋼中加入鉬，或回火時(shí)在油或水中冷卻，都可以防止第二類回火脆性。將第二類回火脆性的鋼重新加熱至原來的回火溫度，便可以消除這種脆性。

在生產(chǎn)中，常根據(jù)對(duì)工件性能的要求。按加熱溫度的不同，把回火分為低溫回火，中溫回火，和高溫回火。淬火和隨后的高溫回火相結(jié)合的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)，即在具有高度強(qiáng)度的同時(shí)，又有好的塑性韌性。

1、低溫回火：150-250℃ ，M回，減少內(nèi)應(yīng)力和脆性，提高塑韌性，有較高的硬度和耐磨性。用于制作量具、刀具和滾動(dòng)軸承等。

2、中溫回火：350-500℃ ，T回，具有較高的彈性，有一定的塑性和硬度。用于制作彈簧、鍛模等。

3、高溫回火：500-650℃ ，S回，具有良好的綜合力學(xué)性能。用于制作齒輪、曲軸等。

 

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什么是正火?

正火是—種改善鋼材韌性的熱處理。將鋼構(gòu)件加熱到Ac3溫度以上30〜50℃后，保溫一段時(shí)間出爐空冷。主要特點(diǎn)是冷卻速度快于退火而低于淬火，正火時(shí)可在稍快的冷卻中使鋼材的結(jié)晶晶粒細(xì)化，不但可得到滿意的強(qiáng)度，而且可以明顯提高韌性(AKV值），降低構(gòu)件的開裂傾向。—些低合金熱軋鋼板、低合金鋼鍛件與鑄造件經(jīng)正火處理后，材料的綜合力學(xué)性能可以大大改善，而且也改善了切削性能.

正火有以下目的和用途：

① 對(duì)亞共析鋼，正火用以消除鑄、鍛、焊件的過熱粗晶組織和魏氏組織，軋材中的帶狀組織；細(xì)化晶粒；并可作為淬火前的預(yù)先熱處理。

② 對(duì)過共析鋼，正火可以消除網(wǎng)狀二次滲碳體，并使珠光體細(xì)化，不但改善機(jī)械性能，而且有利于以后的球化退火。

③ 對(duì)低碳深沖薄鋼板，正火可以消除晶界的游離滲碳體，以改善其深沖性能。

④ 對(duì)低碳鋼和低碳低合金鋼，采用正火，可得到較多的細(xì)片狀珠光體組織，使硬度增高到HB140-190，避免切削時(shí)的“粘刀”現(xiàn)象，改善切削加工性。對(duì)中碳鋼，在既可用正火又可用退火的場(chǎng)合下，用正火更為經(jīng)濟(jì)和方便。

⑤ 對(duì)普通中碳結(jié)構(gòu)鋼，在力學(xué)性能要求不高的場(chǎng)合下，可用正火代替淬火加高溫回火，不僅操作簡(jiǎn)便，而且使鋼材的組織和尺寸穩(wěn)定。

⑥ 高溫正火(Ac3以上150～200℃)由于高溫下擴(kuò)散速度較高,可以減少鑄件和鍛件的成分偏析。高溫正火后的粗大晶粒可通過隨后第二次較低溫度的正火予以細(xì)化。

⑦ 對(duì)某些用于汽輪機(jī)和鍋爐的低、中碳合金鋼，常采用正火以獲得貝氏體組織，再經(jīng)高溫回火，用于400～550℃時(shí)具有良好的抗蠕變能力。

⑧ 除鋼件和鋼材以外，正火還廣泛用于球墨鑄鐵熱處理，使其獲得珠光體基體，提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度。

由于正火的特點(diǎn)是空氣冷卻，因而環(huán)境氣溫、堆放方式、氣流及工件尺寸對(duì)正火后的組織和性能均有影響。正火組織還可作為合金鋼的一種分類方法。通常根據(jù)直徑為25毫米的試樣加熱到900℃后,空冷得到的組織，將合金鋼分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼。

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什么是退火？

退火是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻的一種金屬熱處理工藝。退火熱處理分為完全退火，不完全退火和去應(yīng)力退火。退火材料的力學(xué)性能可以用拉伸試驗(yàn)來檢測(cè)，也可以用硬度試驗(yàn)來檢測(cè)。許多鋼材都是以退火熱處理狀態(tài)供貨的，鋼材硬度檢測(cè)可以采用洛氏硬度計(jì)，測(cè)試HRB硬度，對(duì)于較薄的鋼板、鋼帶以及薄壁鋼管，可以采用表面洛氏硬度計(jì)，檢測(cè)HRT硬度。

退火的目的在于：

① 改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、軋制和焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應(yīng)力，防止工件變形、開裂。

② 軟化工件以便進(jìn)行切削加工。

③ 細(xì)化晶粒，改善組織以提高工件的機(jī)械性能。

④ 為最終熱處理（淬火、回火）作好組織準(zhǔn)備。

 

常用的退火工藝有：

① 完全退火。用以細(xì)化中、低碳鋼經(jīng)鑄造、鍛壓和焊接后出現(xiàn)的力學(xué)性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度以上30～50℃，保溫一段時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發(fā)生轉(zhuǎn)變，即可使鋼的組織變細(xì)。

② 球化退火。用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上20～40℃，保溫后緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變?yōu)榍驙睿瑥亩�降低了硬度�?/span>

③ 等溫退火。用以降低某些鎳、鉻含量較高的合金結(jié)構(gòu)鋼的高硬度，以進(jìn)行切削加工。一般先以較快速度冷卻到奧氏體最不穩(wěn)定的溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w或索氏體，硬度即可降低。

④ 再結(jié)晶退火。用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的硬化現(xiàn)象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧氏體的溫度以下50～150℃ ，只有這樣才能消除加工硬化效應(yīng)使金屬軟化。

⑤ 石墨化退火。用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950℃左右，保溫一定時(shí)間后適當(dāng)冷卻，使?jié)B碳體分解形成團(tuán)絮狀石墨。

⑥ 擴(kuò)散退火。用以使合金鑄件化學(xué)成分均勻化，提高其使用性能。方法是在不發(fā)生熔化的前提下，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，并長(zhǎng)時(shí)間保溫，待合金中各種元素?cái)U(kuò)散趨于均勻分布后緩冷。

⑦ 去應(yīng)力退火。用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100～200℃，保溫后在空氣中冷卻，即可消除內(nèi)應(yīng)力。