淬火、回火、正火、退火四種熱處理爐工藝知識
發布日期:2021-2-25 類別:電爐技術 瀏覽量: 5252 次
淬火(huo)、回火(huo)、正火(huo)、退(tui)火(huo)四(si)種(zhong)中(zhong)(zhong)常(chang)用(yong)(yong)到的工藝,每一種(zhong)工藝都有各自的技(ji)術特性和需求。但很多熱(re)處理(li)行業的操作人員不是很了解每種(zhong)工藝的Z業知(zhi)識(shi)。本文通過整理(li)收集了關于標題中(zhong)(zhong)的淬火,回火,正火,退火的相關Z業知(zhi)識(shi),闡述了各工藝和作用(yong)(yong)和原理(li),以及(ji)選(xuan)用(yong)(yong)的依據(ju),使(shi)用(yong)(yong)這(zhe)四種(zhong)工藝后材料的特性變化(hua),以供參(can)考與借鑒。
一、淬火工藝
1. 什么(me)叫(jiao)淬火?
鋼的(de)淬火(huo)是(shi)將鋼加熱(re)(re)到臨界(jie)溫度(du)Ac3(亞共(gong)析鋼)或(huo)Ac1(過(guo)共(gong)析鋼)以(yi)上溫度(du),保(bao)溫一段時(shi)間(jian),使(shi)之(zhi)全部(bu)或(huo)部(bu)分奧氏(shi)(shi)體化(hua),然后以(yi)大(da)于臨界(jie)冷(leng)(leng)卻速度(du)的(de)冷(leng)(leng)速快冷(leng)(leng)到Ms以(yi)下(或(huo)Ms附近等(deng)溫)進行馬氏(shi)(shi)體(或(huo)貝(bei)氏(shi)(shi)體)轉變(bian)的(de)熱(re)(re)處(chu)(chu)理(li)工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化(hua)玻璃等(deng)材料的(de)固溶處(chu)(chu)理(li)或(huo)帶有快速冷(leng)(leng)卻過(guo)程的(de)熱(re)(re)處(chu)(chu)理(li)工藝稱為淬火(huo)。
鋼的淬(cui)火工藝熱處理(li)
2. 淬(cui)火的(de)(de)目的(de)(de):
1)淬火工(gong)藝提(ti)高(gao)金屬成材或零件的(de)(de)機(ji)械性(xing)能(neng)。例(li)如:提(ti)高(gao)工(gong)具、軸(zhou)(zhou)承等的(de)(de)硬度和耐磨(mo)性(xing),提(ti)高(gao)彈簧的(de)(de)彈性(xing)極限,提(ti)高(gao)軸(zhou)(zhou)類零件的(de)(de)綜合機(ji)械性(xing)能(neng)等。
2)改(gai)善某些特殊(shu)鋼的(de)材(cai)料性(xing)能(neng)或化學性(xing)能(neng)。如提高(gao)不銹鋼的(de)耐蝕性(xing),增加磁鋼的(de)永(yong)磁性(xing)等。
淬(cui)火(huo)熱處(chu)理(li)冷卻(que)時,除需合理(li)選用淬(cui)火(huo)介質外,還要有正確的淬(cui)火(huo)方法,常用的淬(cui)火(huo)方法,主要有單(dan)液淬(cui)火(huo)、雙液淬(cui)火(huo)、分(fen)級淬(cui)火(huo)、等溫(wen)淬(cui)火(huo)、局部淬(cui)火(huo)等。
3. 鋼(gang)鐵工件在淬火后(hou)具有(you)以下特點:
① 得到(dao)了馬氏(shi)(shi)體、貝氏(shi)(shi)體、殘余奧氏(shi)(shi)體等不(bu)平衡(即不(bu)穩定)組織。
② 存在較大內應(ying)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(hui)火(huo)是將(jiang)淬火(huo)熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)(li)后的(de)(de)金屬成材(cai)或零(ling)件(jian)加(jia)熱(re)(re)(re)到某一(yi)(yi)溫(wen)度(du),保溫(wen)一(yi)(yi)定時間(jian)后,以(yi)一(yi)(yi)定方式冷卻的(de)(de)熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)藝,回(hui)火(huo)是淬火(huo)后緊接著進行的(de)(de)一(yi)(yi)種操作,通常也是工(gong)(gong)件(jian)進行熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)結束前的(de)(de)一(yi)(yi)道工(gong)(gong)序,因而把淬火(huo)和回(hui)火(huo)的(de)(de)聯合工(gong)(gong)藝稱為后期處(chu)理(li)(li)。
2. 淬(cui)火與(yu)回火的(de)主(zhu)要目的(de)是(shi):
1)減少內應(ying)力(li)和降低(di)脆(cui)性(xing)(xing),淬(cui)火件存在著很大的應(ying)力(li)和脆(cui)性(xing)(xing),如(ru)沒有及(ji)時回火往往會產(chan)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(wei)了(le)滿(man)足(zu)各種(zhong)工件不(bu)同的性能要求,可以通過回(hui)火來調整,硬度,強度,塑性和韌性。
3)穩定工件尺寸。通過(guo)(guo)回(hui)火可使金相組織趨于(yu)穩定,以(yi)保證在以(yi)后的使用過(guo)(guo)程中不(bu)再發生變形。
4)回火工藝改善某些合金鋼的切削性能。
3. 回火(huo)工藝的(de)作用在于(yu):
① 提高組(zu)織穩定性,使工件在使用(yong)過程中不再(zai)發生組(zu)織轉變,從(cong)而使工件幾(ji)何尺寸和(he)性能保持穩定。
② 消除內應力,以(yi)便改善(shan)工(gong)件的使用性能并穩(wen)定工(gong)件幾(ji)何尺寸。
③ 調整鋼鐵的力(li)學性能以滿足使用要求。
回火(huo)之所以具有(you)(you)這(zhe)些(xie)作用,是因為溫(wen)度(du)(du)(du)升高時,原子活動能(neng)力增(zeng)強(qiang)(qiang),鋼鐵中的(de)(de)(de)鐵、碳(tan)和其他合(he)金(jin)元素的(de)(de)(de)原子可以較快地進行擴散(san),實(shi)現原子的(de)(de)(de)重(zhong)新排列組合(he),從而使不穩(wen)(wen)定的(de)(de)(de)不平衡組織逐步轉變為穩(wen)(wen)定的(de)(de)(de)平衡組織。內(nei)應力的(de)(de)(de)消除還與溫(wen)度(du)(du)(du)升高時金(jin)屬強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)降(jiang)低有(you)(you)關。一般鋼鐵回火(huo)時,硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)和強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)下降(jiang),塑性提高。回火(huo)工藝的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)(du)越高,這(zhe)些(xie)力學性能(neng)的(de)(de)(de)變化(hua)越大。有(you)(you)些(xie)合(he)金(jin)元素含量較高的(de)(de)(de)合(he)金(jin)鋼,在某一溫(wen)度(du)(du)(du)范圍回火(huo)時,會析出一些(xie)顆粒(li)細(xi)小的(de)(de)(de)金(jin)屬化(hua)合(he)物,使強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)和硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)上升。這(zhe)種現象(xiang)稱為二(er)次(ci)硬(ying)(ying)化(hua)。
回(hui)火熱(re)處理要(yao)求:用(yong)途不(bu)同(tong)的(de)工件應在不(bu)同(tong)溫(wen)度下回(hui)火,以滿(man)足使用(yong)中的(de)要(yao)求。
① 刀具、軸承、滲碳淬火(huo)(huo)(huo)零件(jian)、表面(mian)淬火(huo)(huo)(huo)零件(jian)通常(chang)在(zai)250℃以下進行低溫回火(huo)(huo)(huo)。低溫回火(huo)(huo)(huo)后(hou)硬(ying)度變化不大,內應力減(jian)小,韌性稍(shao)有提高。
② 彈簧在350~500℃下中溫(wen)回(hui)火,可獲得較高(gao)的彈性和必要的韌性。
③ 中碳結(jie)構鋼(gang)制作的零件通常在500~600℃進行高溫(wen)回(hui)火,以獲得(de)適宜(yi)的強度與韌(ren)性的良好配合。
鋼(gang)在(zai)300℃左右回火(huo)(huo)時,常使其(qi)脆性(xing)增(zeng)大,這種(zhong)(zhong)現(xian)(xian)象稱(cheng)為一(yi)類回火(huo)(huo)脆性(xing)。一(yi)般(ban)不應(ying)在(zai)這個(ge)溫(wen)度區間回火(huo)(huo)。某些中(zhong)碳合(he)金結構(gou)鋼(gang)在(zai)高(gao)溫(wen)回火(huo)(huo)后,如果緩慢(man)冷(leng)至(zhi)室溫(wen),也易于變脆。這種(zhong)(zhong)現(xian)(xian)象稱(cheng)為二(er)類回火(huo)(huo)脆性(xing)。在(zai)鋼(gang)中(zhong)加入鉬,或回火(huo)(huo)時在(zai)油或水中(zhong)冷(leng)卻,都可以防止二(er)類回火(huo)(huo)脆性(xing)。將二(er)類回火(huo)(huo)脆性(xing)的(de)鋼(gang)重新加熱至(zhi)原來的(de)回火(huo)(huo)溫(wen)度,便可以消除(chu)這種(zhong)(zhong)脆性(xing)。
在(zai)生產中,常根據對工件(jian)性能的(de)要(yao)求。按加(jia)熱溫(wen)度(du)(du)的(de)不同(tong),把回(hui)(hui)火(huo)(huo)分為(wei)低溫(wen)回(hui)(hui)火(huo)(huo),中溫(wen)回(hui)(hui)火(huo)(huo),和(he)(he)高溫(wen)回(hui)(hui)火(huo)(huo)。淬火(huo)(huo)和(he)(he)隨后的(de)高溫(wen)回(hui)(hui)火(huo)(huo)相結合的(de)熱處(chu)理工藝稱(cheng)為(wei)調質,即在(zai)具有高度(du)(du)強(qiang)度(du)(du)的(de)同(tong)時(shi),又(you)有好的(de)塑性韌(ren)性。
1)低(di)溫回(hui)火(huo):150-250℃ ,M回(hui),減少(shao)內應力和(he)脆性,提高(gao)塑韌性,有(you)較高(gao)的硬度(du)和(he)耐(nai)磨性。用(yong)于制作量(liang)具(ju)、刀具(ju)和(he)滾動軸(zhou)承等。
2)中(zhong)溫(wen)回火:350-500℃ ,T回,具有較高的(de)彈性(xing)(xing),有一定的(de)塑性(xing)(xing)和硬度。用(yong)于制作彈簧(huang)、鍛模等。
3)高溫回火:500-650℃ ,S回,具有良好的綜合力學(xue)性(xing)能(neng)。用于制(zhi)作齒輪、曲軸等(deng)。
三、正火工藝
1. 什么是正(zheng)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。
2. 正(zheng)火工藝(yi)有(you)以下目的和用途:
① 對亞共析鋼(gang),正火用以(yi)消(xiao)除鑄、鍛、焊(han)件的(de)過熱粗晶(jing)組織(zhi)和魏氏組織(zhi),軋材(cai)中的(de)帶(dai)狀組織(zhi);細化晶(jing)粒;并可作為(wei)淬火前的(de)預先(xian)熱處理。
② 對過共析(xi)鋼,正火可(ke)以(yi)消除網狀二次滲碳體(ti),并使珠(zhu)光(guang)體(ti)細化(hua),不但改(gai)善機(ji)械(xie)性能,而且有利于以(yi)后的球化(hua)退火。
③ 對低碳(tan)深沖(chong)薄鋼(gang)板,正火(huo)可以(yi)(yi)消除(chu)晶界的游離滲碳(tan)體,以(yi)(yi)改(gai)善(shan)其深沖(chong)性能(neng)。
④ 對低(di)(di)碳(tan)鋼和低(di)(di)碳(tan)低(di)(di)合金(jin)鋼,采用(yong)(yong)正(zheng)火(huo),可(ke)得到(dao)較多的細片(pian)狀(zhuang)珠(zhu)光體組織,使硬度增高到(dao)HB140-190,避免(mian)切削時的“粘刀(dao)”現(xian)象,改(gai)善切削加(jia)工性。對中碳(tan)鋼,在既(ji)可(ke)用(yong)(yong)正(zheng)火(huo)又可(ke)用(yong)(yong)退火(huo)的場合下,用(yong)(yong)正(zheng)火(huo)更為(wei)經濟和方便。
⑤ 對普通中(zhong)碳結構鋼(gang),在力(li)學(xue)性能要求(qiu)不(bu)高(gao)(gao)的場合下,可用正火代(dai)替(ti)淬(cui)火加高(gao)(gao)溫(wen)回火,不(bu)僅操作簡便,而且使鋼(gang)材(cai)的組織和(he)尺寸穩(wen)定。
⑥ 高溫正(zheng)(zheng)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(de)成分偏析。高溫正(zheng)(zheng)火后(hou)的(de)粗(cu)大(da)晶(jing)粒可通過(guo)隨后(hou)二次較低溫度的(de)正(zheng)(zheng)火予(yu)以細化(hua)。
⑦ 對某些用于汽輪(lun)機和(he)鍋爐的低、中(zhong)碳(tan)合金鋼,常采用正火以獲得(de)貝氏體組織,再經高溫(wen)回火,用于400~550℃時具(ju)有良好的抗(kang)蠕變能力。
⑧ 除(chu)鋼(gang)件(jian)和(he)鋼(gang)材以外,正(zheng)火還廣泛用于球墨鑄鐵熱(re)處理,使其獲得珠(zhu)光體(ti)基(ji)體(ti),提(ti)高球墨鑄鐵的(de)強度。
由于(yu)正(zheng)火(huo)的(de)(de)特點是空(kong)氣(qi)冷卻(que),因(yin)而環境氣(qi)溫、堆(dui)放方式、氣(qi)流(liu)及工件尺寸(cun)對正(zheng)火(huo)后的(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)和性能(neng)均有影(ying)響(xiang)。正(zheng)火(huo)組(zu)(zu)織(zhi)還可作為合(he)金鋼(gang)的(de)(de)一種分類方法。通常根據直徑(jing)為25毫米(mi)的(de)(de)試樣加熱到(dao)(dao)900℃后,空(kong)冷得(de)到(dao)(dao)的(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi),將(jiang)合(he)金鋼(gang)分為珠光體鋼(gang)、貝氏(shi)體鋼(gang)、馬(ma)氏(shi)體鋼(gang)和奧氏(shi)體鋼(gang)。
四、退火工藝
1. 什么是退火(huo)?
退(tui)火是(shi)將金屬(shu)緩慢(man)加(jia)熱到一定溫度(du)(du)(du)(du),保持(chi)足夠(gou)時間,然(ran)后以(yi)適宜(yi)速(su)度(du)(du)(du)(du)冷卻的(de)一種金屬(shu)熱處理(li)(li)工(gong)藝。退(tui)火熱處理(li)(li)分(fen)為完全退(tui)火,不完全退(tui)火和去應力退(tui)火。退(tui)火熱處理(li)(li)材料的(de)力學(xue)性能(neng)可以(yi)用拉伸(shen)試(shi)驗來檢(jian)測(ce),也(ye)可以(yi)用硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)試(shi)驗來檢(jian)測(ce)。許多鋼材都是(shi)以(yi)退(tui)火熱處理(li)(li)狀態供貨(huo)的(de),鋼材硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)檢(jian)測(ce)可以(yi)采用洛氏(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)計,測(ce)試(shi)HRB硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du),對于較薄的(de)鋼板、鋼帶以(yi)及薄壁鋼管,可以(yi)采用表(biao)面(mian)洛氏(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)計,檢(jian)測(ce)HRT硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)。
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(tie)在鑄造(zao)、鍛(duan)壓、軋制和焊接過程(cheng)中所(suo)造(zao)成的各種組織缺陷以及(ji)殘余(yu)應力,防止工件變形(xing)、開(kai)裂。
② 軟化工件(jian)以便進(jin)行切(qie)削加工。
③ 細化晶粒,改善(shan)組織以提高工件的機(ji)械性能。
④ 為(wei)后期熱處理(li)(淬火、回火)作好組織(zhi)準備。
3. 常用(yong)的退火工藝有:
① 完全(quan)退火。用(yong)以細(xi)化中(zhong)、低(di)碳鋼經鑄造、鍛(duan)壓和焊接后出現的(de)力學性(xing)能不佳(jia)的(de)粗(cu)大過熱(re)組織。將工件加熱(re)到鐵素體全(quan)部轉變(bian)為奧氏(shi)體的(de)溫(wen)(wen)度以上30~50℃,保溫(wen)(wen)一段時間,然(ran)后隨爐(lu)緩慢冷(leng)(leng)卻(que),在(zai)冷(leng)(leng)卻(que)過程中(zhong)奧氏(shi)體再(zai)次發生轉變(bian),即可使(shi)鋼的(de)組織變(bian)細(xi)。
② 球(qiu)化退火。用以降(jiang)(jiang)低工(gong)具(ju)鋼和軸(zhou)承鋼鍛壓后的偏高硬度(du)。將工(gong)件加熱到鋼開始形成奧(ao)氏體(ti)的溫度(du)以上20~40℃,保溫后緩慢冷卻,在冷卻過(guo)程中(zhong)珠光體(ti)中(zhong)的片層狀滲碳體(ti)變為(wei)球(qiu)狀,從而降(jiang)(jiang)低了(le)硬度(du)。
③ 等溫(wen)退火。用以降低某些(xie)鎳(nie)、鉻(ge)含量(liang)較高的合金結構鋼的高硬度,以進行切削加工。一(yi)般先(xian)以較快速度冷卻到奧氏體(ti)不(bu)穩定(ding)的溫(wen)度,保溫(wen)適當(dang)時間(jian),奧氏體(ti)轉變(bian)為托氏體(ti)或索(suo)氏體(ti),硬度即可降低。
④ 再結(jie)晶退(tui)火(huo)。用(yong)以(yi)消除(chu)金(jin)屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的(de)硬化(hua)現象(硬度升高、塑性(xing)下降)。加(jia)(jia)熱溫度一般為鋼開始(shi)形(xing)成奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)溫度以(yi)下50~150℃ ,只有這(zhe)樣才能消除(chu)加(jia)(jia)工硬化(hua)效應使金(jin)屬軟化(hua)。
⑤ 石墨化退火。用以使含有大量滲(shen)碳體(ti)的(de)鑄(zhu)鐵變成(cheng)(cheng)塑(su)性(xing)良好的(de)可鍛鑄(zhu)鐵。工藝操作是將鑄(zhu)件(jian)加熱到(dao)950℃左右,保(bao)溫(wen)一定時間(jian)后適當冷(leng)卻,使滲(shen)碳體(ti)分(fen)解形成(cheng)(cheng)團(tuan)絮狀石墨。
⑥ 擴散(san)(san)退(tui)火。用以使(shi)合(he)金(jin)鑄件化(hua)學成分均勻化(hua),提(ti)高其(qi)使(shi)用性(xing)能(neng)。方法(fa)是在不發生(sheng)熔化(hua)的前提(ti)下,將鑄件加熱(re)到盡可(ke)能(neng)高的溫度,并長時間保溫,待合(he)金(jin)中(zhong)各種元素擴散(san)(san)趨于(yu)均勻分布(bu)后(hou)緩冷(leng)。
⑦ 去應力退(tui)火。用以(yi)消除鋼鐵鑄件(jian)和焊接(jie)件(jian)的內(nei)應力。對于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏(shi)體的溫度以(yi)下100~200℃,保溫后在空氣中冷卻,即可消除內(nei)應力。