將金屬緩慢加熱到一定溫度,保持足夠時(shí)間,然后以適宜速度冷卻(通常是緩慢冷卻,有時(shí)是控制冷卻)的一種金屬熱處理工藝。目的是使經(jīng)過(guò)鑄造、鍛軋、焊接或切削加工的材料或工件軟化,改善塑性和韌性,使化學(xué)成分均勻化,去除殘余應(yīng)力,或得到預(yù)期的物理性能。退火工藝隨目的之不同而有多種,如重結(jié)晶退火、等溫退火、均勻化退火、球化退火、去除應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火,以及穩(wěn)定化退火、磁場(chǎng)退火等等; 拉鉚生產(chǎn)就應(yīng)用到此種工藝。
退火的一個(gè)最主要工藝參數(shù)是最高加熱溫度(退火溫度)拉鉚螺母,大多數(shù)合金的退火加熱溫度的選擇是以該合金系的相圖為基礎(chǔ)的,如碳素鋼以鐵碳平衡圖為基礎(chǔ)。各種鋼(包括碳素鋼及合金鋼)的退火溫度,視具體退火目的的不同而在各該鋼種的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一溫度。各種非鐵合金的退火溫度則在各該合金的固相線溫度以下、固溶度線溫度以上或以下的某一溫度。
重結(jié)晶退火 應(yīng)用于平衡加熱和冷卻時(shí)有固態(tài)相變(重結(jié)晶)發(fā)生的合金。其退火溫度為各該合金的相變溫度區(qū)間以上或以內(nèi)的某一溫度。加熱和冷卻都是緩慢的。合金于加熱和冷卻過(guò)程中各發(fā)生一次相變重結(jié)晶,故稱為重結(jié)晶退火,常被簡(jiǎn)稱為退火。
這種退火方法,相當(dāng)普遍地應(yīng)用于鋼。拉鉚螺母鋼的重結(jié)晶退火工藝是:緩慢加熱到Ac3(亞共析鋼)或Ac1(共析鋼或過(guò)共析鋼)以上30~50℃,保持適當(dāng)時(shí)間,然后緩慢冷卻下來(lái)。通過(guò)加熱過(guò)程中發(fā)生的珠光體(或者還有先共析的鐵素體或滲碳體)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體(第一回相變重結(jié)晶)以及冷卻過(guò)程中發(fā)生的與此相反的第二回相變重結(jié)晶,形成晶粒較細(xì)、片層較厚、組織均勻的珠光體(或者還有先共析鐵素體或滲碳體)。退火溫度在Ac3以上(亞共析鋼)使鋼發(fā)生完全的重結(jié)晶者,稱為完全退火,退火溫度在Ac1與Ac3之間 (亞共析鋼)或Ac1與Acm之間(過(guò)共析鋼),使鋼發(fā)生部分的重結(jié)晶者,稱為不完全退火。前者主要用于亞共析鋼的鑄件、鍛軋件、焊件,以消除組織缺陷(如魏氏組織、帶狀組織等),使組織變細(xì)和變均勻,以提高鋼件的塑性和韌性。后者主要用于中碳和高碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛軋件。此種鍛、軋件若鍛、軋后的冷卻速度較大時(shí),形成的珠光體較細(xì)、硬度較高;若停鍛、停軋溫度過(guò)低,鋼件中還有大的內(nèi)應(yīng)力。此時(shí)可用不完全退火代替完全退火,使珠光體發(fā)生重結(jié)晶,晶粒變細(xì),同時(shí)也降低硬度,消除內(nèi)應(yīng)力,改善被切削性。此外,退火溫度在Ac1與Acm之間的過(guò)共析鋼球化退火,也是不完全退火。
重結(jié)晶退火也用于非鐵合金,拉鉚螺母例如鈦合金于加熱和冷卻時(shí)發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,低溫為 α相(密排六方結(jié)構(gòu)),高溫為 β相(體心立方結(jié)構(gòu)),其中間是“α+β”兩相區(qū),即相變溫度區(qū)間。為了得到接近平衡的室溫穩(wěn)定組織和細(xì)化晶粒,也進(jìn)行重結(jié)晶退火,即緩慢加熱到高于相變溫度區(qū)間不多的溫度,保溫適當(dāng)時(shí)間,使合金轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪嗟募?xì)小晶粒;然后緩慢冷卻下來(lái),使β相再轉(zhuǎn)變?yōu)棣料嗷颚粒聝上嗟募?xì)小晶粒。
等溫退火 應(yīng)用于鋼和某些非鐵合金如鈦合金的一種控制冷卻的退火方法。對(duì)鋼來(lái)說(shuō),是緩慢加熱到 Ac3(亞共析鋼)或 Ac1(共析鋼和過(guò)共析鋼)以上不多的溫度,保溫一段時(shí)間,使鋼奧氏體化,然后迅速移入溫度在A1以下不多的另一爐內(nèi),等溫保持直到奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑢訝钪楣怏w(亞共析鋼還有先共析鐵素體;過(guò)共析鋼還有先共析滲碳體)為止,最后以任意速度冷卻下來(lái)(通常是出爐在空氣中冷卻)。等溫保持的大致溫度范圍在所處理鋼種的等溫轉(zhuǎn)變圖上A1至珠光體轉(zhuǎn)變鼻尖溫度這一區(qū)間之內(nèi)(見(jiàn)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖);具體溫度和時(shí)間,主要根據(jù)退火后所要求的硬度來(lái)確定拉鉚螺母等溫溫度不可過(guò)低或過(guò)高,過(guò)低則退火后硬度偏高;過(guò)高則等溫保持時(shí)間需要延長(zhǎng)。鋼的等溫退火的目的,與重結(jié)晶退火基本相同,但工藝操作和所需設(shè)備都比較復(fù)雜,所以通常主要是應(yīng)用于過(guò)冷奧氏體在珠光體型相變溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變相當(dāng)緩慢的合金鋼。后者若采用重結(jié)晶退火方法,往往需要數(shù)十小時(shí),很不經(jīng)濟(jì);采用等溫退火則能大大縮短生產(chǎn)周期,并能使整個(gè)工件獲得更為均勻的組織和性能。等溫退火也可在鋼的熱加工的不同階段來(lái)用。例如,若讓空冷淬硬性合金鋼由高溫空冷到室溫時(shí),當(dāng)心部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體之時(shí),在已發(fā)生了馬氏體相變的外層就會(huì)出現(xiàn)裂紋;若將該類鋼的熱鋼錠或鋼坯在冷卻過(guò)程中放入700℃左右的等溫爐內(nèi),保持等溫直到珠光體相變完成后,再出爐空冷,則可免生裂紋。
含β相穩(wěn)定化元素較高的鈦合金,其β相相當(dāng)穩(wěn)定,容易被過(guò)冷。過(guò)冷的β相,其等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線拉鉚螺母與鋼的過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖相似。為了縮短重結(jié)晶退火的生產(chǎn)周期并獲得更細(xì)、更均勻的組織,亦可采用等溫退火。
均勻化退火 亦稱擴(kuò)散退火拉鉚螺母。應(yīng)用于鋼及非鐵合金(如錫青銅、硅青銅、白銅、鎂合金等)的鑄錠或鑄件的一種退火方法。將鑄錠或鑄件加熱到各該合金的固相線溫度以下的某一較高溫度,長(zhǎng)時(shí)間保溫,然后緩慢冷卻下來(lái)。均勻化退火是使合金中的元素發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散,來(lái)減輕化學(xué)成分不均勻性(偏析),主要是減輕晶粒尺度內(nèi)的化學(xué)成分不均勻性(晶內(nèi)偏析或稱枝晶偏析)。均勻化退火溫度所以如此之高,是為了加快合金元素?cái)U(kuò)散,盡可能縮短保溫時(shí)間。合金鋼的均勻化退火溫度遠(yuǎn)高于Ac3,通常是1050~1200℃。非鐵合金錠進(jìn)行均勻化退火的溫度一般是“0.95×固相線溫度(K)”,均勻化退火因加熱溫度高,保溫時(shí)間長(zhǎng),所以熱能消耗量大。
球化退火 只應(yīng)用于鋼的一種退火方法。將鋼加熱到稍低于或稍高于Ac1的溫度或者使溫度在A1上下周期變化,然后緩冷下來(lái)。目的在于使珠光體內(nèi)的片狀滲碳體以及先共析滲碳體都變?yōu)榍蛄?,均勻分布于鐵素體基體中(這種組織稱為球化珠光體)。具有這種組織的中碳鋼和高碳鋼硬度低、被切削性好、冷形變能力大。對(duì)工具鋼來(lái)說(shuō),這種組織是淬火前最好的原始組織。
球化退火的具體工藝有:①普通(緩冷)球化退火(圖4a),緩冷適用于多數(shù)鋼種,尤其是裝爐量大時(shí),操作比較方便,但生產(chǎn)周期長(zhǎng);②等溫球化退火(拉鉚螺母適用于多數(shù)鋼種,特別是難于球化的鋼以及球化質(zhì)量要求高的鋼(如滾動(dòng)軸承鋼);其生產(chǎn)周期比普通球化退火短,不過(guò)需要有能夠控制共析轉(zhuǎn)變前冷卻速率的爐子;③周期球化退火拉鉚螺母適用于原始組織為片層狀珠光體組織的鋼,其生產(chǎn)周期也比普通球化退火短,不過(guò)在設(shè)備裝爐量大的條件下,很難按控制要求改變溫度,故在生產(chǎn)中未廣泛采用;④低溫球化退火,適用于經(jīng)過(guò)冷形變加工的鋼以及淬火硬化過(guò)的鋼(后者通常稱為高溫軟化回火);⑤形變球化退火,形變加工對(duì)球化有加速作用,將形變加工與球化結(jié)合起來(lái),可縮短球化時(shí)間。它適用于冷、熱形變成形的鋼件和鋼材(如帶材)(圖4e是在Acm或Ac3與Ac1之間進(jìn)行短時(shí)間、大形變量的熱形變加工者;圖4f是在常溫先予以形變加工者;圖4g是利用鍛造余熱進(jìn)行球化者)。
再結(jié)晶退火 應(yīng)用于經(jīng)過(guò)冷變形加工的金屬及合金的一種退火方法拉鉚螺母。目的為使金屬內(nèi)部組織變?yōu)榧?xì)小的等軸晶粒,消除形變硬化,恢復(fù)金屬或合金的塑性和形變能力(回復(fù)和再結(jié)晶)。若欲保持金屬或合金表面光亮,則可在可控氣氛的爐中或真空爐中進(jìn)行再結(jié)晶退火。
去除應(yīng)力退火 鑄、鍛、焊件在冷卻時(shí)由于各部位冷卻速度不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,金屬及合金在冷變形加工中以及工件在切削加工過(guò)程中也產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。若內(nèi)應(yīng)力較大而未及時(shí)予以去除,常導(dǎo)致工件變形甚至形成裂紋。去除應(yīng)力退火是將工件緩慢加熱到較低溫度(例如,灰口鑄鐵是500~550℃,鋼是500~650℃),保溫一段時(shí)間,使金屬內(nèi)部發(fā)生弛豫,然后緩冷下來(lái)。應(yīng)該指出,去除應(yīng)力退火并不能將內(nèi)應(yīng)力完全去除,而只是部分去除,從而消除它的有害作用。拉鉚螺母
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