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第四章 退火与正火Chapter IV Annealing and Normalizing 将金属及其合金加热、保温和冷却，使其组织结构达 到或接近平衡状态的热处理工艺称为退火或正火。退火一 般是在炉内缓冷，正火一般是空冷。主要应用于各类铸、 锻、焊工件的毛坯或半成品，消除冶金及热加工过程中产 生的缺陷，并为以后的机械加工及热处理准备良好的组织 状态。因此，通常把退火及正火称为预先热处理。此外， 通过正火可以细化组织，适当提高强度，也可作为某些钢 件的最后热处理工艺。 钢的退火与正火工艺需遵循奥氏体形成和珠光体转变 的基本规律。 §4.2 正火工艺 概念 目的与应用 组织与性能 工艺缺陷 加热温度要足够高，一般要求得到均匀的单相奥氏体组织，工件透热均温后再于空气中自然冷却。过冷奥氏体在空冷中发生共析转变，在亚共析及过共析钢中还将析出先共析产物——铁素体或Fe3C。 目的与应用： ⑴ 改善切削加工性 金属的最佳切削加工硬度为170~230HBS。wC0.25%，退火后硬度过低，粘刀，表面粗糙，正火→细片P，140~190HBS；同时F晶粒较细，钢的韧性较好，因此，用低碳钢制造的板、管、带及型材等多采用正火处理，保证较好的力学性能组合。 ⑵ 提高力学性能 对于受力不大、性能要求不高的普通结构零件可作为最终热处理代替调质处理，操作简单，减少工序，节约能源，提高生产效率。 目的与应用： ⑶ 消除过共析钢中的网状碳化物 过共析钢在淬火前进行球化退火，以便于进行机械加工，并为淬火作好组织准备。但当钢中存在严重的网状K时，球化退火效果不好。正火在空气中冷却速度较快，二次渗碳体不能像退火时那样沿晶界完全析出形成连续网状，可以抑制或消除网状二次渗碳体的形成，有利于球化退火。 ⑷ 改善冶金及热加工过程中造成的某些组织上的缺陷 中碳结构钢的轧、锻、铸及焊件，热加工后容易出现晶粒粗大的过热组织如魏氏组织和带状组织，正火可细化晶粒、均匀组织、消除内应力，可作为最终热处理之前的预备热处理。 ⑸ 避免淬火时的变形和开裂 中、高碳钢及中高碳合金钢大型锻件，淬火易出现变形开裂，常采用正火作为最终热处理，正火后需进行高温回火（550～600）℃，以消除应力得到良好的综合力学性能。 §4.3 退火、正火后的组织性能及工艺缺陷 组织特点： 钢经退火或正火得到先共析相（F或K）+P。 伪共析组织：冷却速度快，使共析成分不是一点而是一个范围，随冷却速度提高，这个范围变大。因此，退火或正火后得到的P量比按平衡相图计算的要多。 经完全退火与正火后的组织有以下区别： （1）正火的珠光体比退火状态的 片层间距小，领域也较小。 （2）亚共析与过共析钢 由于正火的冷却速度较快，因此先共析产物（自由铁素体、Fe3C）不能充分析出，即先共析析出相数量较平衡冷却时较少。同时，由于奥氏体的成分偏离共析成分而出现伪共析组织。对于过共析钢而言，退火后的组织为珠光体+网状碳化物。正火时网状碳化物的析出受到抑制，从而得到全部细珠光体组织，或沿晶界仅析出一部分条状碳化物（不连续网状）。 （3）合金钢 由于合金钢中网状碳化物更稳定，不易充分固溶到奥氏体中，因此，在退火后不易形成层状珠光体而呈粒状珠光体。而在正火后由于粒状索氏体或屈氏体硬度较高，故合金钢很少将正火作为切削加工前的预备组织。 （4）过热 正常规范下通过退火、正火均使钢的晶粒细化。但如果加热温度过高，使奥氏体晶粒粗大，在正火后极易形成魏氏组织，在退火后则形成粗晶粒的组织。 性能： F：强度低，塑性和韧性好 P：强度较高，塑性和韧性较F差； 力学性能强烈依赖于P片间距或K颗粒的间距。 随片间距减小或颗粒间距减小，强度、塑性提高。 常见工艺缺陷： 3.1 硬度偏高/high hardness 常在wC0.45％的中、高碳钢锻件中出现 退火时A化T低，冷却过快，球化不充分或K弥散度较大。也往往与装炉量过大、炉温不均匀有关。 可通过第二次退火改善。 3.2 过热/Overheat 加热T过高，保温t过长及炉内T不均匀等均可造成局部过热。当冷却较快时，中碳钢中常出现粗大魏氏组织，使钢的机械性能恶化。 可通过完全退火使晶粒细化加以改善。 3.3 球化不完全/Partly spheroidized 过共析钢中的欠热组织，钢中尚具有细小片状碳化物存在，该组织硬度偏高，而且在淬火加热时易溶解，使淬火开裂倾向增加，残余奥氏体量较多。 球化退火前有较严重的网状碳化物，在退火时会出现聚集。