熱處理：退火工藝目的和方法

退火是一種金屬熱處理工藝，指的是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時間，然后以適宜速度冷卻。目的是降低硬度，改善切削加工性;消除殘余應力，穩定尺寸，減少變形與裂紋傾向;細化晶粒，調整組織，消除組織缺陷。準確的說，退火是一種對材料的熱處理工藝，包括金屬材料、非金屬材料。而且新材料的退火目的也與傳統金屬退火存在異同。

一、退火工藝

　　將金屬或合金加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻），的熱處理工藝叫做退火。

　　退火的實質是將鋼加熱到奧氏體化后進行珠光體轉變，退火后的組織是接近平衡后的組織。

　　１、退火的目的：

　　1）降低鋼的硬度，提高塑性，便于機加工和冷變形加工；

　　2）均勻鋼的化學成分及組織，細化晶粒，改善鋼的性能或為淬火作組織準備；

　　3）消除內應力和加工硬化，以防變形和開裂。

　　退火和正火主要用于預備熱處理，對于受力不大、性能要求不高的零件，退火和正火也可作為最終熱處理。

　　２、退火方法的分類

　　常用的退火方法，按加熱溫度分為： 臨界溫度（Ac1或Ac3）以上的相變重結晶退火：*退火、擴散退火、不*退火、球化退火。

　　臨界溫度（Ac1或Ac3）以下的退火：再結晶退火、去應力退火。

　　３、七類退火方式

　　４、*退火

　　工藝：將鋼加熱到Ac3以上20~30℃，保溫一段時間后緩慢冷卻（隨爐）以獲得接近平衡組織的熱處理工藝（*奧氏體化）。

　　*退火主要用于亞共析鋼（wc=0.3~0.6%），一般是中碳鋼及低、中碳合金鋼鑄件、鍛件及熱軋型材，有時也用于它們的焊接件。低碳鋼*退火后硬度偏低，不利于切削加工；過共析鋼加熱至Accm以上奧氏體狀態緩慢冷卻退火時，Fe3CⅡ會以網狀沿晶界析出，使鋼的強度、硬度、塑性和韌性顯著降低，給最終熱處理留下隱患。

　　目的：細化晶粒、均勻組織、消除內應力、降低硬度和改善鋼的切削加工性。 亞共析鋼*退火后的組織為F+P。實際生產中，為提高生產率，退火冷卻至500℃左右即出爐空冷。

　　５、等溫退火

　　*退火需要的時間長，尤其是過冷奧氏體化比較穩定的合金鋼。如將奧氏體化后的鋼較快地冷至稍低于Ar1溫度等溫，是A轉變為P，再空冷至室溫，可大大縮短退火時間，這種退火方法叫等溫退火。

　　工藝：將鋼加熱到高于Ac3(或Ac1)的溫度，保溫適當時間后，較快冷卻到珠光體區的某一溫度，并等溫保持，使奧氏體轉變為珠光體，然后空冷至室溫的熱處理工藝。

　　目的：與*退火相同，轉變較易控制。

　　適用于A較穩定的鋼：高碳鋼（wc>0.6％）、合金工具鋼、高合金鋼(合金元素的總量>10％)。等溫退火還有利于獲得均勻的組織和性能。但不適用于大截面鋼件和大批量爐料，因為等溫退火不易使工件內部或批量工件都達到等溫溫度。

二、不*退火

　　工藝：將鋼加熱到Ac1~Ac3(亞共析鋼)或Ac1~Accm(過共析鋼)經保溫后緩慢冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。

　　主要用于過共析鋼獲得球狀珠光體組織，以消除內應力，降低硬度，改善切削加工性。球化退火是不*退火的一種。

三、球化退火

　　使鋼中碳化物球狀化，獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。

　　工藝：加熱至Ac1以上20~30℃溫度，保溫時間不宜太長，一般以2~4h為宜，冷卻方式通常采用爐冷，或在Ar1以下20℃左右進行較長時間等溫。

　　主要用于共析鋼和過共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。過共析鋼經軋制、鍛造后空冷的組織是片層狀的珠光體與網狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，在以后的淬火過程中也容易變形和開裂。球化退火得到球狀珠光體，在球狀珠光體中，滲碳體呈球狀的細小顆粒，彌散分布在鐵素體基體上。球狀珠光體與片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時，奧氏體晶粒不易粗大，冷卻時變形和開裂傾向小。如果過共析鋼有網狀滲碳體存在時，必須在球化退火前采用正火工藝消除，才能保證球化退火正常進行。

　　目的：降低硬度、均勻組織、改善切削加工性為淬火作組織準備。 球化退火工藝方法很多，主要有：

　　a)一次球化退火工藝：將鋼加熱到Ac1以上20~30℃，保溫適當時間，然后隨爐緩慢冷卻。要求退火前原始組織為細片狀珠光體，不允許有滲碳體網存在。

　　b)等溫球化退火工藝：將鋼加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進行等溫（一般在Ar1以下10~30℃）。等溫結束后隨爐緩冷到500℃左右即出爐空冷。有周期短，球化組織均勻，質量易控等優點。

　　c)往復球化退火工藝。

三、擴散退火（均勻化退火）

　　工藝：將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下長時間保溫，然后緩慢冷卻以消除化學成分不均勻現象的熱處理工藝。

　　目的：消除鑄錠在凝固過程中產生的枝晶偏析及區域偏析，使成分和組織均勻化。

　　擴散退火的加熱溫度很高，通常為Ac3或Accm以上100~200℃，具體溫度視偏析程度及鋼種而定，保溫時間一般為10~15小時。擴散退火后需*退火及正火處理，以細化組織。應用于一些優質合金鋼及偏析較嚴重的合金鋼鑄件及鋼錠。

四、去應力退火

　　工藝：將鋼件加熱至低于Ac1的某一溫度（一般為500~650℃），保溫，然后隨爐冷卻。去應力退火溫度低于A1，因此去應力退火不引起組織變化。

　　目的：消除殘余內應力。

五、再結晶退火

　　再結晶退火又稱中間退火，是把冷變形后的金屬加熱到再結晶溫度以上保持適當時間，使變形晶粒重新轉變為均勻等軸晶粒而消除加工硬化和殘余應力的熱處理工藝。

　　再結晶現象的產生，首先必須有一定量的冷塑性變形，其次必須加熱到一定溫度以上。發生再結晶現象的最、低溫度稱為最、低再結晶溫度。一般金屬材料的最、低再結晶溫度為：

　　T再=0.4T熔

　　再結晶退火的加熱溫度應比最、低再結晶溫度高100~200℃（鋼材的最、低再結晶溫度為450℃左右），適當保溫后緩慢冷卻。

六、退火方法的選用

　　再結晶退火的加熱溫度應比最、低再結晶溫度高100~200℃（鋼材的最、低再結晶溫度為450℃左右），適當保溫后緩慢冷卻。

　　退火方法的選用一般有以下幾個原則：

　　1）亞共析組織的各種鋼一般選用*退火，為了縮短退火時間，可以選用等溫退火；

　　2）過共析鋼一般選用球化退火，要求不高時，可以選用不*退火。工具鋼、軸承鋼常選用球化退火。低碳鋼或中碳鋼的冷擠壓件和冷鐓件有時也用球化退火；

　　3）為了消除加工硬化，可以選用再結晶退火；

　　4）為了消除各種加工過程中所引起的內應力，可以選用去應力退火；z 有些高級優質合金鋼的大型鑄鋼件，為了改善組織結構和化學成分的不均勻性，常選用擴散退火。