正火,回火,退火,淬火的区别及力学性能.doc

正火正火，又称常化，是将工件加热至 Ac3或Accm以上30~50C,保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、 喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺 正火与退火的不同点是正火冷却速 度比退火冷却速度稍快， 因而正火组织要比退火组织更细一些， 其机械性能也有所提高 另 外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火 正火的主要应用范围有： ①用于低碳钢， 正火后硬度略高于退火， 韧性也较好，可作为切削 加工的预处理 ②用于中碳钢， 可代替调质处理作为最后热处理， 也可作为用感应加热方法 进行表面淬火前的预备处理③用于工具钢、 轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织④用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能⑤用于大型锻件， 可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向 ⑥用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、 连杆等重要零件 ⑦过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化退火退火 ：将金属缓慢加热到一定温度， 保持足够时间， 然后以适宜速度冷却 （通常是缓慢冷却， 有时是控制冷却 ）的一种金属热处理 [1]工艺。

目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的 材料或工件软化，改善塑性和韧性， 使化学成分均匀化， 去除残余应力，或得到预期的物理 性能 退火工艺随目的之不同而有多种， 如重结晶退火、 等温退火、 均匀化退火、 球化退火、 去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等1、 金属工具使用时因受热而失去原有的硬度2、 把金属材料或工件加热到一定温度并持续一定时间后，使缓慢冷却退火可以减低金属 硬度和脆性，增加可塑性也叫焖火退火的一个最主要工艺参数是最高加热温度 （退火温度）， 大多数合金的退火加热温度的选 择是以该合金系的相图为基础的 ,如碳素钢以铁碳平衡图为基础 （图 1）各种钢 （包括碳素钢 及合金钢 ）的退火温度， 视具体退火 目的的不同而在各该钢种的 Ac3 以上、 Ac1 以上或以下 的某一温度 各种非铁合金的退火温度则在各该合金的固相线温度以下、 固溶度线温度以上或以下的某一 温度重结晶退火 应用于平衡加热和冷却时有固态相变 （重结晶 ）发生的合金其退火温度为各该合金的相变温度区间以上或以内的某一温度 加热和冷却都是缓慢的 合金于加热和冷却过 程中各发生一次相变重结晶，故称为重结晶退火，常被简称为退火。

这种退火方法，相当普遍地应用于钢钢的重结晶退火工艺是 ：缓慢加热到Ac3 （亚共析钢）或Ac1 （共析钢或过共析钢）以上 30〜50C,保持适当时间，然后缓慢冷却下来通过加热过程中发生的珠光体（或者还有先共析的铁素体或渗碳体） 转变为奥氏体（第一回相变重结晶）以及冷却过程中发生的与此相反的第二回相变重结晶，形成晶粒较细、片层较厚、 组织均匀的珠光体 （或者还有先共析铁素体或 渗碳体 ）退火温度在 Ac3 以上（亚共析钢）使钢发生完全的重结晶者，称为完全退火，退火温度在 Ac1 与 Ac3 之间 （亚共析钢 ）或 Ac1 与 Acm 之间（过共析钢） ,使钢发生部分的重结晶者 ,称为不完全退火 前者主要用于亚共析 钢的铸件、 锻轧件、焊件，以消除组织缺陷（如魏氏组织、带状组织等） ，使组织变细和变 均匀，以提高钢件的塑性和韧性后者主要用于中碳和高碳钢及低合金结构钢的锻轧 件此种锻、轧件若锻、轧后的冷却速度较大时，形成的珠光体较细、硬度较高；若停锻、停轧 温度过低，钢件中还有大的内应力此时可用不完全退火代替完全退 火，使珠光体发生重 结晶,晶粒变细， 同时也降低硬度， 消除内应力 ,改善被切削性。

此外,退火温度在 Ac1 与 Acm 之间的过共析钢球化退火 ,也是不完全退 火重结晶退火也用于非铁合金，例如钛合金于加热和冷却时发生同素异构转变， 低温为a相（密排六方结构），高温为3相（体心立方结构），其中间是“ a + 3 ”两相区，即相变温度 区间 为了得到接近平衡的室温稳定组织和细化晶粒， 也进行重结晶退火， 即缓慢加热到高于相变 温度区间不多的温度，保温适当时间，使合金转变为 3 相的细小晶粒；然后缓慢冷 却下来，使 3 相再转变为 a 相或 a ＋3 两相的细小晶粒等温退火 应用于钢和某些非铁合金如钛合金的一种控制冷却的退火方法对钢来说，是缓 慢加热到Ac3 （亚共析钢）或 Ac1 （共析钢和过共析钢）以上不多的温度，保温一段时间 ，使钢奥氏体化 ,然后迅速移入温度在 A1 以下不多的另一炉内， 等温保持直到奥氏体全部转变 为片层 状珠光体（亚共析钢还有先共析铁素体；过共析钢还有先共析渗碳体）为止，最后 以任意速度冷却下来 （通常是出炉在空气中冷却 ）等温保持的大致温度范围在所 处理钢种 的等温转变图上 A1 至珠光体转变鼻尖温度这一区间之内 （见过冷奥氏体转变图 ）；具体温度 和时间，主要根据退火后所要求的硬度来确定（图 2）。

等温 温度不可过低或过高，过低则 退火后硬度偏高； 过高则等温保持时间需要延长 钢的等温退火的目的， 与重结晶退火基本 相同 ，但工艺操作和所需设备都比较复杂 ， 所以通常主要是应用于过冷奥氏体在珠光体型相变温度区间转变相当缓慢的合金钢 后者若采用重结晶退火方法， 往往需要数十小时， 很不 经济；采用等温退火则能 大大缩短生产周期， 并能使整个工件获得更为均匀的组织和性能 等温退火也可在钢的热加工的不同阶段来用例如 ，若让空冷淬硬性合金钢由高温空冷到室温时， 当心部转变为马氏体之时，在已发生了马氏体相变的外层就会出现裂纹 ;若将该类钢的热钢锭或钢坯在冷却过程中放入 700 C左右的等温炉内，保持等温直到珠光 体相变完成后，再出炉空冷，则可免生裂纹含3 相稳定化元素较高的钛合金，其 3 相相当稳定，容易被过冷 过冷的 3相，其等温转变 动力学曲线（图 3）与钢的过冷奥氏体等温转变图相似为了缩短重结晶退火的生产周期并 获得更细、更均匀的组织，亦可采用等温退火均匀化退火 亦称扩散退火应用于钢及非铁合金（如锡青铜、硅青铜、白铜、镁合金等） 的铸锭或铸件的一种退火方法 将铸锭或铸件加热到各该合金的固相线温度以下的某一较高 温度 ，长时间保温 ，然后缓慢冷却下来。

均匀化退火是使合金中的元素发生固态扩散，来减轻 化学成分不均匀性 （偏析）， 主要是减轻晶粒尺度内的化学成分不均匀性 （晶内偏析或称枝 晶偏析）均匀化退火温度所以如此之高， 是为了加快合金元素扩散， 尽可能缩短保温时间 合金钢的 均匀化退火温度远高于 Ac3，通常是1050〜1200 C非铁合金锭进行均匀化退火 的温度一般是“ 0.95X固相线温度（K） ”，均匀化退火因加热温度 高，保温时间长，所以热能 消耗量大球化退火 只应用于钢的一种退火方法将钢加热到稍低于或稍高于 Ac1 的温度或者使温度 在 A1 上下周期变化，然后缓冷下来目的在于使珠光体内的片状渗碳体以及先共 析渗碳体都变为球粒状，均匀分布于铁素体基体中 （这种组织称为球化珠光体 ）具有这种组织的中碳钢和高碳钢硬度低、被切削性好、冷形变能力大对工具钢来 说，这种组织是淬火前最好的原始组织球化退火的具体工艺（图 4）有：①普通（缓冷）球化退火（图 4a）,缓冷适用于多数钢种，尤其是装炉量大时，操作比较方便，但生产周期长；②等温球化退火（图 4b）,适用于多数钢种, 特别是难于球化的钢以及球化质量要求高的钢 （如滚动轴承钢） ；其 生产周期比普通球化退火短, 不过需要有能够控制共析转变前冷却速率的炉子； ③周期球化退火 （图 4c）, 适用于原始组织为片层状珠光体组织的钢,其生产周期 也比普通球化退火短,不过在设备装炉量大的条件下, 很难按控制要求改变温度, 故在生产中未广泛采用； ④低温球化退火 （图 4d）,适用于经过冷形变加工的钢 以及淬火硬化过的钢（后者通常称为高温软化回火） ：⑤形变球化退火，形变加工对球化有加速作用 ,将形变加工与球化结合起来 ,可缩短球化时间。

它适用于冷、热形变成形的钢件和钢材（如带材） （图 4e 是在 Acm 或 Ac3 与 Ac1 之间进行 短时间、大形变量的热形变加工者；图 4f 是在常温先予以形变加工者；图 4g 是利用锻造余 热进行球化者） 再结晶退火 应用于经过冷变形加工的金属及合金的一种退火方法目的为使金属内部组织 变为细小的等轴晶粒， 消除形变硬化， 恢复金属或合金的塑性和形变能力 （回复和再结晶） 若欲保持金属或合金表面光亮，则可在可控气氛的炉中或真空炉中进行再结晶退火去除应力退火 铸、锻、焊件在冷却时由于各部位冷却速度不同而产生内应力，金属及合金 在冷变形加工中以及工件在切削加工过程中也产生内应力若内应力较大而未及时予以去 除，常导致工件变形甚至形成裂纹 去除应力退火是将工件缓慢加热到较低温度（例如，灰 口铸铁是500〜550C,钢是500〜650C）,保温一段时间,使金属内部发生弛豫，然后缓冷 下来应该指出 ,去除应力退火并不能将内应力完全去除，而只是部分去除，从而消除它的 有害作用还有一些专用退火方法，如不锈耐酸钢稳定化退火；软磁合金磁场退火；硅钢片氢气退火； 可锻铸铁可锻化退火等退火 annealing 将工件加热到预定温度，保温一定的时间后缓慢冷却的金属热处理工艺。

退火的目的在于： ①改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力， 防止工件变形、开裂②软化工件以便进行切削加工③细化晶粒，改善组织以提高工件的 机械性能 ④为最终热处理 （淬火、 回火） 作好组织准备 常用的退火工艺有： ①完全退火 用以细化中、低碳钢经 铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织将工件 加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上 30〜50C,保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在 冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细②球化退火用以降低工具钢 和轴承钢锻压后的偏高硬度将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上 20〜40C，保温后缓慢冷却， 在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状， 从而降低了硬度 ③等温退 火用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高 硬度，以进行切削加工一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度， 保温适当时间， 奥氏体转变为托氏体或索氏体， 硬度 即可降低④再结晶退火用以消除 金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象（硬度升高、塑性下降）加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下 50〜150C，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。

⑤石墨化退火 用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性 良好的可锻铸铁工艺操作是将铸件加热到 950 C左右，保温一定时间后适当冷却 ，使渗碳体分解形成团絮状石墨 ⑥扩散退火 用以使合金铸件化学成分均匀化， 提高其使用性能 方法是在不发生熔化的前提下 ，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中 各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷⑦去应力退火用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下 100〜200 C,保温后在空气中冷却，即可消除内应力退火 为了消除塑料制品的内应力或控制结晶过程， 将制品加热到适当的温度并保持一定时间， 而 后慢慢冷却的操作退火 annealing加热使 DNA 双螺旋解开，在一定的条件下，两条互补的单链依靠彼此的碱基配对重新形成双链 DNA 的过程，亦即复性过程热变性的 DNA 单链在缓慢冷却过程中可以达到很好的 。