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退火与正火热处理的介绍

阅读(2117) 次   2012-10-19 10:20:11
退火与正火热处理的介绍
(1)钢的退火与正火
1、退火:
退火和正火是生产中应用很广泛的预备热处理工艺,主要用于改善材料的切削加工性能。对于一些受力不大、性能要求不高的机器零件,也可以做为最终热处理。
等温退火将奥氏体化后的钢快冷至珠光体形成温度等温保温,使过冷奥氏体转变为珠光体,空冷至室温。
球化退火 将过共析碳钢加热到Ac1以上20~30℃,保温2~4h,使片状渗碳体发生不完全溶解断开成细小的链状或点状,弥散分布在奥氏体基体上,在随后的缓冷过程中,或以原有的细小的渗碳体质点为核心,或在奥氏体中富碳区域产生新的核心,形成均匀的颗粒状渗碳体
   均匀化退火(扩散退火) 将工件加热到1100℃左右,保温10~15h,随炉缓冷到350℃,再出炉空冷。工件经均匀化退火后,奥氏体晶粒十分粗大,必须进行一次完全退火或正火来细化晶粒,消除过热缺陷.
   去应力退火 将工件随炉缓慢加热到500~650℃,保温,随炉缓慢冷却至200℃出炉空冷。主要用于消除加工应力。
再结晶退火 将材料加热至再结晶温度以上,保温后缓慢冷却的工艺方法。
    完全退火用于亚共析碳钢和合金钢的铸、锻件;等温退火用于奥氏体比较稳定的合金钢;球化退火用于共析钢、过共析钢和合金工具钢;均匀化退火用于高质量要求的优质高合金钢的铸锭和成分偏析严重的合金钢铸件;去应力退火用于铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机加工件;再结晶退火主要用于去除加工硬化。
2、正火:
   将亚共析碳钢加热到Ac3以上30~50℃,过共析碳钢加热到Accm以上30~50℃,保温,空气中冷却的方法称为正火。适用于碳素钢及中、低合金钢,因为高合金钢的奥氏体非常稳定,即使在空气中冷却也会获得马氏体组织。对于低碳钢、低碳低合金钢,细化晶粒,提高硬度(140~190HBS),改善切削加工性能;对于过共析钢,消除二次网状渗碳体,有利于球化退火的进行。
(2)残留应力退火
一般机械製品於加工面总是免不了会有残留应力的存在,若製品未经适当应力退火处理,在不当的暴露於热源〈例如阳光、热引擎等〉下,会產生变形的现象,另外由残餘应力经常识高度集中在某一局部区域,例如表面,焊接区等,因此会局部降低製品的机械强度。為避免这些问题,我们必须採用残餘应力退火处理。
此处理是将製品缓慢而均匀的加热至一低於向变化点之温度,然后至於此温度一段时间,在缓慢而均匀的逐步冷却下来,在此过程中最重要的是必须保持製品个区域之冷却速度相同,否则冷却后,由於各区冷却速率的差异,会再度造成残餘应力的出现。此点对复杂形状之製品尤其严重。
由於一应力退火乃是利用原子在高温有微小潜变的现象,来重组原子位置以消除应力的存在。因此材料支应力退火温度随著材料之高温潜变能力不同而有所变化。一般对耐潜变之材料。例如低合金钢平常所用之退火温度為595~675℃,但高铬合金钢则在900~1065℃。我们可视情况需要,利用较低的温度与较长的时间,达到与短时间,高温度下处理相同效果支应力消除。
去应力退火处理
去应力退火热处理主要的目的,在於清除因锻造、铸造、机械加工或焊接所產生的残留应力,这种残存应力常导致工件强度降低、经久变形,并对材料韧性、延展性有不良影响,因此弛力退火热处理对於尺寸经度要求严格的工件、有安全顾虑的机械构件事非常重要的。弛力退火的热处理程序係将工件加热到A1点以下的适当温度,保持一段时间(不需像软化退火热处理那麼久)后,徐缓冷却至室温。特别需要注意的是,加热时的速度要缓慢,尤其是大型物件或形状复杂的工件更要特别注意,否则弛力退火的成效会大打折扣。
钢的正火
将钢加热到临界点(AC3、ACcm)以上,进行完全奥氏仜化,然后在空气中冷却,这种热处理工艺,称为正火。
(一)正火工艺
正火的加热温度正化学成份AC3以上50-100℃;过共析钢的加热温度ACcm以上30-50℃。保温时间主要取决于工件有效厚度和加热炉的型式,如在箱式炉中加热时,可以每毫米有效厚度保温一分钟计算。保温后的冷却,一般可在空气中冷却,但一些大型工件或在气温较高的夏天,有时也采用吹风或喷雾冷却。
(二)正火后组织与性能
正火实质上是退火的一个特例。两者不同之处,主要在于冷却速度较快,过冷度较快,因而发生了伪共析转变,使组织中珠光量增多,且珠光柋的片层间距变小。应该指出,某些高合金钢空冷后,能获得贝氏体或马氏体组织,这是由于高合金钢的过冷奥氏体非常稳定,C曲线。
由于正火后的组织上的特点,故正火后的强度、硬度、韧性都比退火后的高,且塑性也并不降低。
正火的应用
正火与退火相比,钢的机械性能高,提价简便,生产周期短,能耗少,故在可能条件下,应优先考虑采用正火处理。目前的应用如下:
1.作为普通结构零件的最终热处理
2.改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性
3.作为中碳结构钢制作的较重要零件的预先热处理。
4.消除过共析钢中风状二次渗碳体,为球化退火作好组织准备
5.对一些大型的或形状较复杂的零件,淬火可能有开裂的危险进,正火也往往代替淬火、回火处理,而作为这类零件的最终热处理。 很*右。此时己不能称其为正火,而称为空淬有关。为了增加低碳钢的硬度,可适当提高正火温度。
 
钢之退火处理
 
退火处理一般是指将钢升温至某一温度,浸置一段时间后,再以一特定速率冷却下来之处理。主要目的是软化钢材。有时亦用以改变其他性质或显微结构。常见的退火处理有下列几种
 1.      退火温度:
在很多之应用退火处理中,我们只注名所需之退火温度,然后让其在炉中冷却即可。在进行退火处理时,最容易造成失败的原因是未能维持炉中温度之均匀性。越大之炉子越有此种问题。
 2.      製程退火:
由於材料经过相等程度冷加工后,会有加工硬化的现象,以至无法做进一步的加工。因此我们必须於製程中加入一退火步骤来消除此种不利的加工硬化现象。此类退火处理统称為製程退火。由於我们仅是想恢復材料之柔软性,不在乎材料之显微及结构内容,故為降低加工程本,一般多採用前面所提过的次临界退火。最常见之退火温度在约低於Ae  11至22℃之间。至於温度的控制只要能保持在不超过Ae  之范围即可。
3.      切削用退火:
不同之显微姊购对材料之切削性质有很大不同的影响。例如5160钢材,若经球化处理则可减少切削刀具之损耗。然而对其他之钢材,球化结构不一定就有较佳之切削性质。一般我们可是材料之含碳量来订出最佳之切削用显微结构。
4.      球化处理
所的球化处理乃是在退火处理后能获得球状之碳化物之一种处理。一般可採用以下几种方法得到。
a.       长时间热浸置於略低於Ae  之温度。
b.      轮番加热及冷却於Ae  温度上下〈最好刚刚高於Ac  及低於Ar  〉。
c.       加热至高於Ac  ,然后慢慢在炉中冷却,或停留Ar  一长时间。
d.      从一温度刚能完全溶解碳化物冷却下来,所有之冷却速率须用不產生碳化物。然后在按a或b法升温回去。
5.      锻件之退火处理:
由於锻件经常接有冷成型或车型等加工步骤,退火处理一不可避免之热处理过程。所需之退火过程必须取决於锻件之材料及后接之製程。切削用之锻件退火处理──若锻件材料须有球化组织以便随后之切削成型,我们可採用热锻温度於奥斯田化温度之上,然后在锻后直接将锻件出送到一具有球化处理温度之炉内进行球化处理。此法可节省製作之时间与成本。冷成型用之锻件退火处理──為方便随后之冷成型加工,我们当然希望锻件越短越好。故球化处理是最好之处理。在形状及材料条件允许下,前述之步骤為最可取之处理。在冷成型后,由於冷加工,成品之残餘应力应被注意到。我们应採取以前所讨论过的应力退火处理来消除此种情况。
 
均匀化退火处理
 
均匀化处理(Homogenization),是利用在高温进行长时间加热,使内部的化学成分充分扩散,因此又称為『扩散退火』。加热温度会因钢材种类有所差异,大钢锭通常在1200℃至1300℃之间进行均匀化处理,高碳钢在1100℃至1200℃之间,而一般锻造或轧延之钢材则在1000℃至1200℃间进行此项热处理。
 
球化退火处理
 
球化退火主要的目的,是希望藉由热处理使钢铁材料内部的层状或网状碳化物凝聚成為球状,使改善钢材之切削性能及加工塑性,特别是高碳的工具钢更是需要此种退火处理。常见的球化退火处理包括:(1)在钢材A1温度的上方、下方反覆加热、冷却数次,使A1变态所析出的雪明碳铁,继续附著成长在上述球化的碳化物上;(2)加热至钢材A3或Acm温度上方,始碳化物完全固溶於沃斯田体后急冷,再依上述方法进行球化处理。使碳化物球化,尚可增加钢材的淬火后韧性、防止淬裂,亦可改善钢材的淬火回火后机械性质、提高钢材的使用寿命。
 
软化退火处理
 
软化退火热处理的热处理程序是将工件加热到600℃至650℃范围内(A1温度下方),维持一段时间之后空冷,其主要目的在於使以加工硬化的工件再度软化、回復原先之韧性,以便能再进一步加工。此种热处理方法常在冷加工过程反覆实施,故又称之為製程退火。大部分金属在冷加工后,材料强度、硬度会随著加工量渐增而变大,也因此导致材料延性降低、材质变脆,若需要再进一步加工时,须先经软化退火热处理才能继续加工。
 
退火常见问题与解决技巧
 
工件如何获得性能优异之微细波来体结构?
退火处理会使钢材变软,淬火处理会使钢材变硬,相比较之下,如施以『正常化』处理,则可获得层状波来铁组织,可有效改善钢材的切削性及耐磨性,同时又兼具不会產生裂痕、变形量少与操作方便等优点。然而正常化处理是比较难的一种热处理技术,因為它採用空冷的方式冷却,会受到许多因素而影响空冷效果,例如夏天和冬天之冷却效果不同、工件大小对空冷速率有别、甚至风吹也会影响冷却速率。因此正常化处理要使用各种方法来维持均一性,可利用遮阳、围幕、坑洞、风扇等。
 正常化处理与退火处理之差异
正常化处理维加热至A3点或Acm点以上40~60℃保持一段时间,使钢材组织变成均匀的沃斯田体结构后,在静止的空气中冷却至室温的热处理程序。对亚共析钢而言,可获得晶粒细化的目的而拥有好的强度与韧性;对过共析钢而言,则可防止雪明碳铁在沃斯田铁晶粒边界上形成网状析出,以降低材料的韧性。
完全退火处理主要目的是要软化钢材、改善钢材之切削性,其热处理程序為加热至A3点以上20~30℃(亚共析钢)或A1点以上30~50℃持温一段时间,使形成完全沃斯田体组织后(或沃斯田体加雪明碳体组织),在A1点下方50℃使充分发生波来体变态,获至软化的钢材。另外应力消除退火则是在变态点以下450~650℃加热一段时间后徐徐冷却至室温,可消除钢材内部在切削、冲压、铸造、熔接过程所產生的残留应力。
如何消除工件之残留应力?
应力消除退火则是在变态点以下450~650℃加热一段时间后徐徐冷却至室温,可消除钢材内部在切削、冲压、铸造、熔接过程所產生的残留应力。对碳钢而言,参考的加热温度為625±25℃;对合金钢而言,参考的加热温度為700±25℃。持温时间亦会有所差异,对碳钢而言,保持时间為每25mm厚度持温1小时;对合金钢而言,保持时间為每25mm厚度持温2小时,冷却速率為每后25mm以275℃/小时以下的冷却速率冷却之。
如何预防加热变形?
预防加热变形的发生,最好是缓慢加热,并实施预热处理。一般钢材在选择预热温度时,可依下列準则来选定预热温度:(1)以变态点以下作為预热温度,例如普通钢约在650~700℃,高速钢则在800~850℃左右。(2)以500℃左右作為预热温度。(3)二段式预热,先在500℃左右作第一段预热,保持一段时间充分预热后,在将预热温度调高至A1变态点以下。(4)三段式预热,针对含有高含量合金之大型钢材,例如高速钢,有时需要在1000~1050℃作第三段预热。
 
沈阳施工现场
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滨海施工现场
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张家港施工现场
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无锡施工现场
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