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退火、正火、淬火、调质... 这些热处理你分的清楚吗?

作者:上海享训

热处理的作用就是提高材料的机械性能、消除残余应力和改善金属的切削加工性。按照热处理不同的目的,热处理工艺可分为两大类:预备热处理和最终热处理。

 

1. 预备热处理

预备热处理的目的是改善加工性能、消除内应力和为最终热处理准备良好的金相组织。其热处理工艺有退火、正火、时效、调质等。

 

退火、正火、淬火、调质... 这些热处理你分的清楚吗?

 

(1)退火和正火

退火和正火用于经过热加工的毛坯。含碳量大于0.5%的碳钢和合金钢,为降低其硬度易于切削,常采用退火处理;含碳量低于0.5%的碳钢和合金钢,为避免其硬度过低切削时粘刀,而采用正火处理。退火和正火尚能细化晶粒、均匀组织,为以后的热处理作准备。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前进行。

 

(2)时效处理

时效处理主要用于消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。

为避免过多运输工作量,对于一般精度的零件,在精加工前安排一次时效处理即可。但精度要求较高的零件(如座标镗床的箱体等),应安排两次或数次时效处理工序。简单零件一般可不进行时效处理。

除铸件外,对于一些刚性较差的精密零件(如精密丝杠),为消除加工中产生的内应力,稳定零件加工精度,常在粗加工、半精加工之间安排多次时效处理。有些轴类零件加工,在校直工序后也要安排时效处理。

 

(3)调质

调质即是在淬火后进行高温回火处理,它能获得均匀细致的回火索氏体组织,为以后的表面淬火和渗氮处理时减少变形作准备,因此调质也可作为预备热处理。

由于调质后零件的综合力学性能较好,对某些硬度和耐磨性要求不高的零件,也可作为最终热处理工序。

 

2. 最终热处理

最终热处理的目的是提高硬度、耐磨性和强度等力学性能。

 

(1)淬火

淬火有表面淬火和整体淬火。其中表面淬火因为变形、氧化及脱碳较小而应用较广,而且表面淬火还具有外部强度高、耐磨性好,而内部保持良好的韧性、抗冲击力强的优点。为提高表面淬火零件的机械性能,常需进行调质或正火等热处理作为预备热处理。其一般工艺路线为:下料--锻造--正火(退火)--粗加工--调质--半精加工--表面淬火--精加工。

 

(2)渗碳淬火

渗碳淬火适用于低碳钢和低合金钢,先提高零件表层的含碳量,经淬火后使表层获得高的硬度,而心部仍保持一定的强度和较高的韧性和塑性。渗碳分整体渗碳和局部渗碳。局部渗碳时对不渗碳部分要采取防渗措施(镀铜或镀防渗材料)。由于渗碳淬火变形大,且渗碳深度一般在0.5~2mm之间,所以渗碳工序一般安排在半精加工和精加工之间。

其工艺路线一般为:下料-锻造-正火-粗、半精加工-渗碳淬火-精加工。当局部渗碳零件的不渗碳部分采用加大余量后,切除多余的渗碳层的工艺方案时,切除多余渗碳层的工序应安排在渗碳后,淬火前进行。

 

(3)渗氮处理

渗氮是使氮原子渗入金属表面获得一层含氮化合物的处理方法。渗氮层可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性。由于渗氮处理温度较低、变形小、且渗氮层较薄(一般不超过0.6~0.7mm),渗氮工序应尽量靠后安排,为减小渗氮时的变形,在切削后一般需进行消除应力的高温回火。

正火、淬火、退火、回火的区别与联系

正火有以下目的和用途。

① 对亚共析钢,正火用以消除铸、锻、焊件的过热粗晶组织和魏氏组织,轧材中的带状组织;细化晶粒;并可作为淬火前的预先热处理。

② 对过共析钢,正火可以消除网状二次渗碳体,并使珠光体细化,不但改善机械性能,而且有利于以后的球化退火。

③ 对低碳深冲薄钢板,正火可以消除晶界的游离渗碳体,以改善其深冲性能。

④ 对低碳钢和低碳低合金钢,采用正火,可得到较多的细片状珠光体组织,使硬度增高到HB140-190,避免切削时的“粘刀”现象,改善切削加工性。对中碳钢,在既可用正火又可用退火的场合下,用正火更为经济和方便。

⑤ 对普通中碳结构钢,在力学性能要求不高的场合下,可用正火代替淬火加高温回火,不仅操作简便,而且使钢材的组织和尺寸稳定。

⑥ 高温正火(Ac3以上150~200℃)由于高温下扩散速度较高,可以减少铸件和锻件的成分偏析。高温正火后的粗大晶粒可通过随后第二次较低温度的正火予以细化。

⑦ 对某些用于汽轮机和锅炉的低、中碳合金钢,常采用正火以获得贝氏体组织,再经高温回火,用于400~550℃时具有良好的抗蠕变能力。

⑧ 除钢件和钢材以外,正火还广泛用于球墨铸铁热处理,使其获得珠光体基体,提高球墨铸铁的强度。

由于正火的特点是空气冷却,因而环境气温、堆放方式、气流及工件尺寸对正火后的组织和性能均有影响。正火组织还可作为合金钢的一种分类方法。通常根据直径为25毫米的试样加热到900℃后,空冷得到的组织,将合金钢分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。

 

退火是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的一种金属热处理工艺。

退火热处理分为完全退火,不完全退火和去应力退火。退火材料的力学性能可以用拉伸试验来检测,也可以用硬度试验来检测。许多钢材都是以退火热处理状态供货的,钢材硬度检测可以采用洛氏硬度计,测试HRB硬度,对于较薄的钢板、钢带以及薄壁钢管,可以采用表面洛氏硬度计,检测HRT硬度。

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30~50℃,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20~40℃,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50~150℃ ,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℃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℃,保温后在空气中冷却,即可消除内应力。

淬火,金属和玻璃的一种热处理工艺。

把合金制品或玻璃加热到一定温度,随即在水、油或空气中急速冷却,一般用以提高合金的硬度和强度。通称“蘸火”。将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度,保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理。

钢铁工件在淬火后具有以下特点:

① 得到了马氏体、贝氏体、残余奥氏体等不平衡(即不稳定)组织。

② 存在较大内应力。

③ 力学性能不能满足要求。因此,钢铁工件淬火后一般都要经过回火。

 

回火的作用在于:

① 提高组织稳定性,使工件在使用过程中不再发生组织转变,从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。

② 消除内应力,以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。

③ 调整钢铁的力学性能以满足使用要求。

回火之所以具有这些作用,是因为温度升高时,原子活动能力增强,钢铁中的铁、碳和其他合金元素的原子可以较快地进行扩散,实现原子的重新排列组合,从而使不稳定的不平衡组织逐步转变为稳定的平衡组织。内应力的消除还与温度升高时金属强度降低有关。一般钢铁回火时,硬度和强度下降,塑性提高。回火温度越高,这些力学性能的变化越大。有些合金元素含量较高的合金钢,在某一温度范围回火时,会析出一些颗粒细小的金属化合物,使强度和硬度上升。这种现象称为二次硬化。
回火要求:用途不同的工件应在不同温度下回火,以满足使用中的要求。

① 刀具、轴承、渗碳淬火零件、表面淬火零件通常在250℃以下进行低温回火。低温回火后硬度变化不大,内应力减小,韧性稍有提高。

② 弹簧在350~500℃下中温回火,可获得较高的弹性和必要的韧性。

③ 中碳结构钢制作的零件通常在500~600℃进行高温回火,以获得适宜的强度与韧性的良好配合。

淬火加高温回火的热处理工艺总称为调质。

钢在300℃左右回火时,常使其脆性增大,这种现象称为第一类回火脆性。一般不应在这个温度区间回火。某些中碳合金结构钢在高温回火后,如果缓慢冷至室温,也易于变脆。这种现象称为第二类回火脆性。在钢中加入钼,或回火时在油或水中冷却,都可以防止第二类回火脆性。将第二类回火脆性的钢重新加热至原来的回火温度,便可以消除这种脆性。

 

 

 

一.钢的退火

概念:将钢加热、保温后缓慢冷却,以获得接近平衡组织的工艺过程。

1、完全退火

工艺:加热Ac3以上30-50℃→保温→随炉冷到500度以下→空冷室温。

目的:细化晶粒,均匀组织 ,提高塑韧性,消除内应力,便于机械加工。

2、等温退火

工艺:加热Ac3以上→保温→快冷至珠光体转变温度→等温停留→转变为P→出炉空冷;

目的:同上。但时间短,易控制,脱氧、脱碳小。(适用于过冷A比较稳定的合金钢及大型碳钢件)。  

3、球化退火

概念:是使钢中的渗碳体球化的工艺过程。

对象:共析钢和过共析钢

工艺: 模具达人微信:mujudaren

(1)等温球化退火加热Ac1以上20-30度→保温→迅速冷却到Ar1以下20度→等温→随炉冷至600度左右→出炉空冷。

(2)普通球化退火加热Ac1以上20-30度→保温→极缓慢冷却至600度左右→出炉空冷。(周期长,效率低,不适用)。  

目的:降低硬度、提高塑韧性,便于切削加工。

机理:使片状或网状渗碳体变成颗粒状(球状)

说明:退火加热时,组织没有完全A化,所以又称不完全退火。

4、去应力退火

工艺:加热到Ac1以下某一温度(500-650度)→保温→缓冷至室温。

目的:消除铸件、锻件、焊接件等的残余内应力,稳定工件尺寸。

二.钢的回火

工艺:将淬火后的钢重新加热到A1以下某一温度保温,然后冷却(一般空冷)至室温。

目的:消除淬火产生的内应力,稳定工件尺寸,降低脆性,改善切削加工性能。

力学性能:随着回火温度的升高,硬度、强度下降,塑性韧性升高。

1、低温回火:150-250℃ ,M回,减少内应力和脆性,提高塑韧性,有较高的硬度和耐磨性。用于制作量具、刀具和滚动轴承等。

2、中温回火:350-500℃ ,T回,具有较高的弹性,有一定的塑性和硬度。用于制作弹簧、锻模等。

3、高温回火:500-650℃ ,S回,具有良好的综合力学性能。用于制作齿轮、曲轴等。




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