1.退火

退火就是將工件加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?保持一定時(shí)間,然后緩慢冷卻的熱處理工藝。其主要目的是降低硬度,去除內(nèi)應(yīng)力,均勻鋼的化學(xué)成分和組織,細(xì)化晶粒,提高塑性,改善切削加工性能,為熱處理做好組織準(zhǔn)備

生產(chǎn)中退火工藝得到廣泛應(yīng)用。以滾動軸承的生產(chǎn)為例,從鋼坯到成品之間要經(jīng)過擴(kuò)散退火、脫氫退火、球化退火、去除內(nèi)應(yīng)力退火等多道工序。退火工藝方法多樣,需根據(jù)工件的不同目的和要求而靈活選用,常用的退火工藝方法有以下幾種。

(1)完全退火。

將工件加熱至完全奧氏體化后緩慢冷卻獲得接近平衡組織的退火工藝,稱為完全退火。亞共析鋼完全退火的加熱溫度為A2以上20~30℃。完全退火可使鋼件降低硬度,提高塑性,細(xì)化品粒,改善切削加工性能。過共析鋼一般不宜進(jìn)行完全退火。若將過共析鋼加熱至Acm以上完全奧氏體化后,在隨后的緩慢冷卻過程中,將會有網(wǎng)狀二次滲碳體析出,使鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性降低。

(2)不完全退火。

將鋼加熱至Ac1~Ac3(亞共析鋼)或A1Ac=m(過共析鋼)之間,經(jīng)保溫后緩慢冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。由于加熱至兩相區(qū)溫度,僅使奧氏體發(fā)生重結(jié)晶,故基本上不改變先共析鐵素體或滲碳體的形態(tài)及分布。如果亞共析鋼原始組織中的鐵素體已均勻細(xì)小,只是珠光體片間距小,硬度偏高,內(nèi)應(yīng)力較大,那么只要在Ac1以上、Ac3以下溫度進(jìn)行不完全退火,即可達(dá)到降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力的目的。由于不完全退火的加熱溫度低,時(shí)間短,因此,對于亞共析鋼的鍛件來說,若其鍛造工藝正常,鋼的原始組織分布合適,則可采用不完全退火代替完全退火。

不完全退火主要用于過共析鋼獲得球狀珠光體組織,以消除內(nèi)應(yīng)力,降低硬度,改善切削加工性。

(3)等溫退火。

將工件加熱至Ac3或Ac1以上的溫度,保持適當(dāng)時(shí)間后,以較快速度冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的某一溫度并等溫保持,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類組織后在空氣中冷卻的工藝稱為等溫退火。等溫退火的作用與完全退火相同。但工藝周期短,組織轉(zhuǎn)變比較均勻一致,因此,特別適用于大件及合金鋼件的退火。

(4)球化退火。為了使鋼中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火稱為球化退火。其工藝過程是將鋼加熱到Ac1以上20~30℃,保溫一定時(shí)間,然后緩慢冷卻至An以下20℃左右等溫一段時(shí)間隨后空冷。

與片狀碳化物組織相比,球狀碳化物可以改善鋼的塑性與韌性,降低硬度,改善切削加工性能和減少熱處理時(shí)的變形開裂傾向。細(xì)小均勻、圓形的碳化物,將使鋼的耐磨性、接觸疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性得到改善和提高。

若過共析鋼中存在網(wǎng)狀二次滲碳體的組織,應(yīng)先進(jìn)行正火,消除網(wǎng)狀組織,然后再進(jìn)行球化退火

(5)去應(yīng)力退火。

將工件加熱到500~600℃,并保溫一定時(shí)間,緩慢冷卻至300~200℃以下空冷,消除工件因塑性變形加工、切削加工或焊接造成的殘余內(nèi)應(yīng)力及鑄件內(nèi)存在的殘留應(yīng)力而進(jìn)行的退火,稱為去應(yīng)力退火。

鋼材在熱軋或鍛造后,在冷卻過程中因表面和心部冷卻速度不同造成內(nèi)外溫差,會產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。這種內(nèi)應(yīng)力和后續(xù)工藝因素產(chǎn)生的應(yīng)力疊加,易使工件發(fā)生變形和開裂。對于焊接件可以消除焊縫處由于組織不均勻而存在的內(nèi)應(yīng)力,而且能有效提高焊接接頭的強(qiáng)度,防止焊接工件變形和開裂。除消除內(nèi)應(yīng)力外去應(yīng)力退火還可降低硬度,提高尺寸穩(wěn)定性,防止工件的變形和開裂。

鋼的去應(yīng)力退火加熱溫度較寬,但不超過Ac1點(diǎn),因此,退火過程中不發(fā)生相變。鑄鐵件去應(yīng)力退火溫度一般為500550℃,超過550℃容易造成珠光體的石墨化。焊接工件的退火溫度一般為500~600℃。一些大的焊接構(gòu)件,難以在加熱爐內(nèi)進(jìn)行去應(yīng)力退火,常常采用火焰或工頻感應(yīng)加熱局部退火,其退火加熱溫度一般略高于爐內(nèi)加熱

去應(yīng)力退火保溫時(shí)間也要根據(jù)工件的截面尺寸和裝爐量決定。鋼的保溫時(shí)間為3mm/mm,鑄鐵的保溫時(shí)間為6mim/mn去應(yīng)力退火后的冷卻應(yīng)盡量緩慢,以免產(chǎn)生新的應(yīng)力。有些合金結(jié)構(gòu)鋼,由于合金元素的含量高,奧氏體較穩(wěn)定在鍛、軋后空冷時(shí)能形成馬氏體或貝氏體,硬度很高,不能切削加工,為了消除應(yīng)力和降低硬度,也可在A點(diǎn)以下低溫退火溫度范圍進(jìn)行軟化處理,使馬氏體或貝氏體在加熱過程中發(fā)生分解。這種處理實(shí)質(zhì)就是高溫回火。