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淬火、回火、正火、退火四種熱處理爐工藝知識
時間: 2020-05-03 14:10:27
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淬火、回火、正火、退火四種熱處理爐中常用到的工藝，本文主要闡述了各工藝和作用和原理，以及選用的依據，使用這四種工藝后材料的特性變化的目的及作用。
淬火、回火、正火、退火四種熱處理爐中常用到的工藝，每一種工藝都有各自獨特的技術特性和需求。但很多熱處理行業的操作人員不是很了解每種工藝的專業知識。本文通過整理收集了關于標題中的淬火，回火，正火，退火的相關專業知識，闡述了各工藝和作用和原理，以及選用的依據，使用這四種工藝后材料的特性變化，以供參考與借鑒。
一、淬火工藝
1. 什么叫淬火？
鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。
1）淬火工藝提高金屬成材或零件的機械性能。例如：提高工具、軸承等的硬度和耐磨性，提高彈簧的彈性極限，提高軸類零件的綜合機械性能等。
2）改善某些特殊鋼的材料性能或化學性能。如提高不銹鋼的耐蝕性，增加磁鋼的永磁性等。
淬火熱處理冷卻時，除需合理選用淬火介質外，還要有正確的淬火方法，常用的淬火方法，主要有單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火、局部淬火等。
3. 鋼鐵工件在淬火后具有以下特點：
① 得到了馬氏體、貝氏體、殘余奧氏體等不平衡（即不穩定）組織。
② 存在較大內應力。
③ 力學性能不能滿足要求。因此，鋼鐵工件淬火后一般都要經過回火
二、回火工藝
1. 什么叫回火？
回火是將淬火熱處理后的金屬成材或零件加熱到某一溫度，保溫一定時間后，以一定方式冷卻的熱處理工藝，回火是淬火后緊接著進行的一種操作，通常也是工件進行熱處理的結束前的一道工序，因而把淬火和回火的聯合工藝稱為后期處理。
2. 淬火與回火的主要目的是：
1）減少內應力和降低脆性，淬火件存在著很大的應力和脆性，如沒有及時回火往往會產生變形甚至開裂。
2）調整工件的機械性能，工件淬火后，硬度高，脆性大，為了滿足各種工件不同的性能要求，可以通過回火來調整，硬度，強度，塑性和韌性。
3）穩定工件尺寸。通過回火可使金相組織趨于穩定，以保證在以后的使用過程中不再發生變形。
4）回火工藝改善某些合金鋼的切削性能。
回火工藝材料組織3. 回火工藝的作用在于：
① 提高組織穩定性，使工件在使用過程中不再發生組織轉變，從而使工件幾何尺寸和性能保持穩定。
② 消除內應力，以便改善工件的使用性能并穩定工件幾何尺寸。
③ 調整鋼鐵的力學性能以滿足使用要求。
回火之所以具有這些作用，是因為溫度升高時，原子活動能力增強，鋼鐵中的鐵、碳和其他合金元素的原子可以較快地進行擴散，實現原子的重新排列組合，從而使不穩定的不平衡組織逐步轉變為穩定的平衡組織。內應力的消除還與溫度升高時金屬強度降低有關。一般鋼鐵回火時，硬度和強度下降，塑性提高。回火工藝的溫度越高，這些力學性能的變化越大。有些合金元素含量較高的合金鋼，在某一溫度范圍回火時，會析出一些顆粒細小的金屬化合物，使強度和硬度上升。這種現象稱為二次硬化。
回火熱處理要求：用途不同的工件應在不同溫度下回火，以滿足使用中的要求。
① 刀具、軸承、滲碳淬火零件、表面淬火零件通常在250℃以下進行低溫回火。低溫回火后硬度變化不大，內應力減小，韌性稍有提高。
② 彈簧在350～500℃下中溫回火，可獲得較高的彈性和必要的韌性。
③ 中碳結構鋼制作的零件通常在500～600℃進行高溫回火，以獲得適宜的強度與韌性的良好配合。
鋼在300℃左右回火時，常使其脆性增大，這種現象稱為一類回火脆性。一般不應在這個溫度區間回火。某些中碳合金結構鋼在高溫回火后，如果緩慢冷至室溫，也易于變脆。這種現象稱為二類回火脆性。在鋼中加入鉬，或回火時在油或水中冷卻，都可以防止二類回火脆性。將二類回火脆性的鋼重新加熱至原來的回火溫度，便可以消除這種脆性。
在生產中，常根據對工件性能的要求。按加熱溫度的不同，把回火分為低溫回火，中溫回火，和高溫回火。淬火和隨后的高溫回火相結合的熱處理工藝稱為調質，即在具有高度強度的同時，又有好的塑性韌性。
1）低溫回火：150-250℃ ，M回，減少內應力和脆性，提高塑韌性，有較高的硬度和耐磨性。用于制作量具、刀具和滾動軸承等。
2）中溫回火：350-500℃ ，T回，具有較高的彈性，有一定的塑性和硬度。用于制作彈簧、鍛模等。
3）高溫回火：500-650℃ ，S回，具有良好的綜合力學性能。用于制作齒輪、曲軸等。
三、正火工藝
1. 什么是正火?
正火是一種改善鋼材韌性的熱處理。將鋼構件加熱到Ac3溫度以上30?50℃后，保溫一段時間出爐空冷。主要特點是冷卻速度快于退火而低于淬火，正火熱處理時可在稍快的冷卻中使鋼材的結晶晶粒細化，不但可得到滿意的強度，而且可以明顯提高韌性(AKV值），降低構件的開裂傾向。一些低合金熱軋鋼板、低合金鋼鍛件與鑄造件經正火處理后，材料的綜合力學性能可以大大改善，而且也改善了切削性能。
35號鋼正火工藝材料組織2. 正火工藝有以下目的和用途：
① 對亞共析鋼，正火用以消除鑄、鍛、焊件的過熱粗晶組織和魏氏組織，軋材中的帶狀組織；細化晶粒；并可作為淬火前的預先熱處理。
② 對過共析鋼，正火可以消除網狀二次滲碳體，并使珠光體細化，不但改善機械性能，而且有利于以后的球化退火。
③ 對低碳深沖薄鋼板，正火可以消除晶界的游離滲碳體，以改善其深沖性能。
④ 對低碳鋼和低碳低合金鋼，采用正火，可得到較多的細片狀珠光體組織，使硬度增高到HB140-190，避免切削時的“粘刀”現象，改善切削加工性。對中碳鋼，在既可用正火又可用退火的場合下，用正火更為經濟和方便。
⑤ 對普通中碳結構鋼，在力學性能要求不高的場合下，可用正火代替淬火加高溫回火，不僅操作簡便，而且使鋼材的組織和尺寸穩定。
⑥ 高溫正火(Ac3以上150～200℃)由于高溫下擴散速度較高,可以減少鑄件和鍛件的成分偏析。高溫正火后的粗大晶粒可通過隨后二次較低溫度的正火予以細化。
⑦ 對某些用于汽輪機和鍋爐的低、中碳合金鋼，常采用正火以獲得貝氏體組織，再經高溫回火，用于400～550℃時具有良好的抗蠕變能力。
⑧ 除鋼件和鋼材以外，正火還廣泛用于球墨鑄鐵熱處理，使其獲得珠光體基體，提高球墨鑄鐵的強度。
由于正火的特點是空氣冷卻，因而環境氣溫、堆放方式、氣流及工件尺寸對正火后的組織和性能均有影響。正火組織還可作為合金鋼的一種分類方法。通常根據直徑為25毫米的試樣加熱到900℃后,空冷得到的組織，將合金鋼分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼。
四、退火工藝
1. 什么是退火？
退火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的一種金屬熱處理工藝。退火熱處理分為完全退火，不完全退火和去應力退火。退火熱處理材料的力學性能可以用拉伸試驗來檢測，也可以用硬度試驗來檢測。許多鋼材都是以退火熱處理狀態供貨的，鋼材硬度檢測可以采用洛氏硬度計，測試HRB硬度，對于較薄的鋼板、鋼帶以及薄壁鋼管，可以采用表面洛氏硬度計，檢測HRT硬度。
退火工藝時間和溫度變化曲線2. 退火目的在于：
① 改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、軋制和焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應力，防止工件變形、開裂。
② 軟化工件以便進行切削加工。
③ 細化晶粒，改善組織以提高工件的機械性能。
④ 為后期熱處理（淬火、回火）作好組織準備。
3. 常用的退火工藝有：
① 完全退火。用以細化中、低碳鋼經鑄造、鍛壓和焊接后出現的力學性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉變為奧氏體的溫度以上30～50℃，保溫一段時間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發生轉變，即可使鋼的組織變細。
② 球化退火。用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上20～40℃，保溫后緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變為球狀，從而降低了硬度。
③ 等溫退火。用以降低某些鎳、鉻含量較高的合金結構鋼的高硬度，以進行切削加工。一般先以較快速度冷卻到奧氏體不穩定的溫度，保溫適當時間，奧氏體轉變為托氏體或索氏體，硬度即可降低。
④ 再結晶退火。用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的硬化現象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧氏體的溫度以下50～150℃ ，只有這樣才能消除加工硬化效應使金屬軟化。
⑤ 石墨化退火。用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950℃左右，保溫一定時間后適當冷卻，使滲碳體分解形成團絮狀石墨。
⑥ 擴散退火。用以使合金鑄件化學成分均勻化，提高其使用性能。方法是在不發生熔化的前提下，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，并長時間保溫，待合金中各種元素擴散趨于均勻分布后緩冷。
⑦ 去應力退火。用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內應力。對于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100～200℃，保溫后在空氣中冷卻，即可消除內應力。
一、淬火工藝
1. 什么叫淬火？
鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。
鋼的淬火工藝熱處理
2. 淬火的目的：1）淬火工藝提高金屬成材或零件的機械性能。例如：提高工具、軸承等的硬度和耐磨性，提高彈簧的彈性極限，提高軸類零件的綜合機械性能等。
2）改善某些特殊鋼的材料性能或化學性能。如提高不銹鋼的耐蝕性，增加磁鋼的永磁性等。
淬火熱處理冷卻時，除需合理選用淬火介質外，還要有正確的淬火方法，常用的淬火方法，主要有單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火、局部淬火等。
3. 鋼鐵工件在淬火后具有以下特點：
① 得到了馬氏體、貝氏體、殘余奧氏體等不平衡（即不穩定）組織。
② 存在較大內應力。
③ 力學性能不能滿足要求。因此，鋼鐵工件淬火后一般都要經過回火
二、回火工藝
1. 什么叫回火？
回火是將淬火熱處理后的金屬成材或零件加熱到某一溫度，保溫一定時間后，以一定方式冷卻的熱處理工藝，回火是淬火后緊接著進行的一種操作，通常也是工件進行熱處理的結束前的一道工序，因而把淬火和回火的聯合工藝稱為后期處理。
2. 淬火與回火的主要目的是：
1）減少內應力和降低脆性，淬火件存在著很大的應力和脆性，如沒有及時回火往往會產生變形甚至開裂。
2）調整工件的機械性能，工件淬火后，硬度高，脆性大，為了滿足各種工件不同的性能要求，可以通過回火來調整，硬度，強度，塑性和韌性。
3）穩定工件尺寸。通過回火可使金相組織趨于穩定，以保證在以后的使用過程中不再發生變形。
4）回火工藝改善某些合金鋼的切削性能。
回火工藝材料組織
① 提高組織穩定性，使工件在使用過程中不再發生組織轉變，從而使工件幾何尺寸和性能保持穩定。
② 消除內應力，以便改善工件的使用性能并穩定工件幾何尺寸。
③ 調整鋼鐵的力學性能以滿足使用要求。
回火之所以具有這些作用，是因為溫度升高時，原子活動能力增強，鋼鐵中的鐵、碳和其他合金元素的原子可以較快地進行擴散，實現原子的重新排列組合，從而使不穩定的不平衡組織逐步轉變為穩定的平衡組織。內應力的消除還與溫度升高時金屬強度降低有關。一般鋼鐵回火時，硬度和強度下降，塑性提高。回火工藝的溫度越高，這些力學性能的變化越大。有些合金元素含量較高的合金鋼，在某一溫度范圍回火時，會析出一些顆粒細小的金屬化合物，使強度和硬度上升。這種現象稱為二次硬化。
回火熱處理要求：用途不同的工件應在不同溫度下回火，以滿足使用中的要求。
① 刀具、軸承、滲碳淬火零件、表面淬火零件通常在250℃以下進行低溫回火。低溫回火后硬度變化不大，內應力減小，韌性稍有提高。
② 彈簧在350～500℃下中溫回火，可獲得較高的彈性和必要的韌性。
③ 中碳結構鋼制作的零件通常在500～600℃進行高溫回火，以獲得適宜的強度與韌性的良好配合。
鋼在300℃左右回火時，常使其脆性增大，這種現象稱為一類回火脆性。一般不應在這個溫度區間回火。某些中碳合金結構鋼在高溫回火后，如果緩慢冷至室溫，也易于變脆。這種現象稱為二類回火脆性。在鋼中加入鉬，或回火時在油或水中冷卻，都可以防止二類回火脆性。將二類回火脆性的鋼重新加熱至原來的回火溫度，便可以消除這種脆性。
在生產中，常根據對工件性能的要求。按加熱溫度的不同，把回火分為低溫回火，中溫回火，和高溫回火。淬火和隨后的高溫回火相結合的熱處理工藝稱為調質，即在具有高度強度的同時，又有好的塑性韌性。
1）低溫回火：150-250℃ ，M回，減少內應力和脆性，提高塑韌性，有較高的硬度和耐磨性。用于制作量具、刀具和滾動軸承等。
2）中溫回火：350-500℃ ，T回，具有較高的彈性，有一定的塑性和硬度。用于制作彈簧、鍛模等。
3）高溫回火：500-650℃ ，S回，具有良好的綜合力學性能。用于制作齒輪、曲軸等。
三、正火工藝
1. 什么是正火?
正火是一種改善鋼材韌性的熱處理。將鋼構件加熱到Ac3溫度以上30?50℃后，保溫一段時間出爐空冷。主要特點是冷卻速度快于退火而低于淬火，正火熱處理時可在稍快的冷卻中使鋼材的結晶晶粒細化，不但可得到滿意的強度，而且可以明顯提高韌性(AKV值），降低構件的開裂傾向。一些低合金熱軋鋼板、低合金鋼鍛件與鑄造件經正火處理后，材料的綜合力學性能可以大大改善，而且也改善了切削性能。
35號鋼正火工藝材料組織
① 對亞共析鋼，正火用以消除鑄、鍛、焊件的過熱粗晶組織和魏氏組織，軋材中的帶狀組織；細化晶粒；并可作為淬火前的預先熱處理。
② 對過共析鋼，正火可以消除網狀二次滲碳體，并使珠光體細化，不但改善機械性能，而且有利于以后的球化退火。
③ 對低碳深沖薄鋼板，正火可以消除晶界的游離滲碳體，以改善其深沖性能。
④ 對低碳鋼和低碳低合金鋼，采用正火，可得到較多的細片狀珠光體組織，使硬度增高到HB140-190，避免切削時的“粘刀”現象，改善切削加工性。對中碳鋼，在既可用正火又可用退火的場合下，用正火更為經濟和方便。
⑤ 對普通中碳結構鋼，在力學性能要求不高的場合下，可用正火代替淬火加高溫回火，不僅操作簡便，而且使鋼材的組織和尺寸穩定。
⑥ 高溫正火(Ac3以上150～200℃)由于高溫下擴散速度較高,可以減少鑄件和鍛件的成分偏析。高溫正火后的粗大晶粒可通過隨后二次較低溫度的正火予以細化。
⑦ 對某些用于汽輪機和鍋爐的低、中碳合金鋼，常采用正火以獲得貝氏體組織，再經高溫回火，用于400～550℃時具有良好的抗蠕變能力。
⑧ 除鋼件和鋼材以外，正火還廣泛用于球墨鑄鐵熱處理，使其獲得珠光體基體，提高球墨鑄鐵的強度。
由于正火的特點是空氣冷卻，因而環境氣溫、堆放方式、氣流及工件尺寸對正火后的組織和性能均有影響。正火組織還可作為合金鋼的一種分類方法。通常根據直徑為25毫米的試樣加熱到900℃后,空冷得到的組織，將合金鋼分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼。
四、退火工藝
1. 什么是退火？
退火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的一種金屬熱處理工藝。退火熱處理分為完全退火，不完全退火和去應力退火。退火熱處理材料的力學性能可以用拉伸試驗來檢測，也可以用硬度試驗來檢測。許多鋼材都是以退火熱處理狀態供貨的，鋼材硬度檢測可以采用洛氏硬度計，測試HRB硬度，對于較薄的鋼板、鋼帶以及薄壁鋼管，可以采用表面洛氏硬度計，檢測HRT硬度。
退火工藝時間和溫度變化曲線
① 改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、軋制和焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應力，防止工件變形、開裂。
② 軟化工件以便進行切削加工。
③ 細化晶粒，改善組織以提高工件的機械性能。
④ 為后期熱處理（淬火、回火）作好組織準備。
3. 常用的退火工藝有：
① 完全退火。用以細化中、低碳鋼經鑄造、鍛壓和焊接后出現的力學性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉變為奧氏體的溫度以上30～50℃，保溫一段時間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發生轉變，即可使鋼的組織變細。
② 球化退火。用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上20～40℃，保溫后緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變為球狀，從而降低了硬度。
③ 等溫退火。用以降低某些鎳、鉻含量較高的合金結構鋼的高硬度，以進行切削加工。一般先以較快速度冷卻到奧氏體不穩定的溫度，保溫適當時間，奧氏體轉變為托氏體或索氏體，硬度即可降低。
④ 再結晶退火。用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的硬化現象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧氏體的溫度以下50～150℃ ，只有這樣才能消除加工硬化效應使金屬軟化。
⑤ 石墨化退火。用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950℃左右，保溫一定時間后適當冷卻，使滲碳體分解形成團絮狀石墨。
⑥ 擴散退火。用以使合金鑄件化學成分均勻化，提高其使用性能。方法是在不發生熔化的前提下，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，并長時間保溫，待合金中各種元素擴散趨于均勻分布后緩冷。
⑦ 去應力退火。用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內應力。對于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100～200℃，保溫后在空氣中冷卻，即可消除內應力。
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