优化511-H工艺代号下的均匀化退火方法

以减少工件化学成分和组织的不均匀程度为主要目的，将其加热到高温并长时间保温，然后缓慢冷却的退火称均匀化退火。主要用于减少中碳合金钢以及高合金钢铸锭、铸件或锻轧件的化学成分偏析和组织的不均匀性，使之均匀化。均匀化退火也常称为扩散退火。

1.准备工作

做好准备工作是正确实施退火工艺，确保处理质量的重要环节。在实施退火前，应该核实如下项目并做好准备工作。

（1）工件

1）工件的退火技术要求应表达正确、清楚。操作者在退火操作时，必须详细了解这些技术要求。

2）工件的原始加工状态（铸、锻轧等）应与设计、工艺文件所表明的一致。

3）工件的几何形状、尺寸大小、加工余量等应符合工艺规定，装炉前应进行核查。

4）按设计图样及有关标准规定，对工件的钢号或化学成分采用火花检验或用其他方法进行校核。

5）工件的表面不允许存在裂纹、影响最终形状尺寸的伤痕和氧化皮等缺陷。

（2）设备

1）加热设备主要是箱式、井式或台车式炉（燃煤、燃油、燃气）等。由于加热温度较高，为了不影响加热炉寿命，不推荐使用电阻炉。

2）在正常装炉量情况下，炉内有效加热区的温度允许偏差应调节控制在±20℃范围内。有效加热区的测定按国标GB／T 9452—2003进行。每年至少测定一次。

3）使用燃料炉时，在炉子设计时应保证火焰不得和工件接触。

4）工件加热后，在随炉冷却过程中，应能保证各部位的冷却速度均匀一致。

（3）测温仪表及温控装置

1）加热设备应配有温度测定及控制装置。每个加热区均应配有温度与时间关系的自动记录装置。

2）应选用精度不低于0.5级的温度指示仪表。热电温度指示仪表必须经校正合格后方能使用。其指示仪表上的温度指示综合误差不得超过设定温度的±1.0％。

（4）工装夹具

1）按工艺要求准备好工装夹具。

2）合适的工装夹具应有利于工件的装炉、出炉及在炉中的摆放，并加热均匀。

2.装炉

1）检查设备及仪表是否正常，并事先将炉膛清理干净。

2）工件入炉必须放置在预先确定的有效加热区内。

3）装炉量、装炉方式及堆放形式应保证工件均匀加热和冷却，应以不致造成对工件损伤和产生缺陷为原则，且应尽可能码放整齐。

4）易畸变的工件在装炉、出炉时要轻放、轻取。

5）工艺要求不同或壁厚相差悬殊的工件不宜放在同一炉内处理。

3.工艺规范

（1）工艺要点 实施本工艺，控制好加热温度和保温时间是重点。此外，为使钢件经均匀化退火后获得良好的组织和性能，还取决于钢的纯度和偏析状况，只有在钢锭脱模后，经过长时间的均热和良好的轧制、锻造，才能取得满意的效果。

（2）加热温度 较高的加热温度有利于提高扩散速度。加热温度为Ac₃＋（150～200）℃（低于固相线100℃左右）。

通常，碳素钢铸件：950～1000℃；低合金钢铸件：1000～1050℃；高合金钢铸件：1050～1100℃；高合金钢钢锭：1100～1250℃。

（3）加热速度 通常应根据钢的化学成分、工件形状尺寸、炉子能率、装炉量大小及装炉方式等确定。较高的加热速度有利于提高生产效率。但对于高合金钢和大型铸锻件，较高的加热速度易造成工件内外温差过大，增大内应力，易产生较大的畸变、开裂倾向。

通常，碳素钢及低合金钢铸、锻件加热速度控制在100～200℃／h。

中、高合金钢铸、锻件加热到600～700℃以下温度时，加热速度以30～70℃／h为宜；加热到600～700℃以上温度时，加热速度可略提高到80～100℃／h。(www.xing528.com)

（4）加热方式 高碳高合金钢铸锭及铸件或形状复杂、截面大的工件，通常采用预热—加热的方式；或采用低温入炉，随炉升温的加热方式。对于形状复杂或截面大的工件，随炉升温过程中，可在500～550℃等温一段时间后，再继续升到退火温度。中、小工件也可采用在工作温度装炉加热的方式。

（5）加热介质 根据工件的材质、技术要求及加工余量等的不同，可在空气、保护气氛等加热介质中加热。

（6）保温时间 取决于钢种、装炉量及装炉方式。一般可参照下列经验公式：

当铸锻件尺寸≥Φ100mm时，保温时间τ（h）按下式计算：

τ＝6＋0.25Q

式中 Q——工件装炉量（t）。

当铸锻件尺寸≤Φ100mm时，保温时间τ（h）按下式计算：

τ＝4＋0.25Q

式中 Q——工件装炉量（t）。

通常保温时间为10～20h或更长。

（7）冷却速度 各种钢件在炉内的冷却速度：

碳素钢为100～200℃／h；

合金钢为50～100℃／h；

高合金钢为20～60℃／h。

炉冷到350℃左右出炉空冷。

4.操作注意事项

1）使用电阻炉时，装炉后应检查工件与电热元件确无接触方可送电升温。

2）在加热过程中，不得随意打开炉门。

5.后续工序

1）为了消除钢铸锻件均匀化退火后因晶粒粗大而造成的力学性能下降，在随后应视钢种不同进行完全退火或正火，其工艺可参见本章1.1.3节。

2）退火后对于有严重氧化皮的工件，应安排清理工序（例如喷砂、喷丸等）。

6.质量检验

（1）外观 工件表面不得有裂纹、影响最终尺寸的伤痕及氧化皮等缺陷。

（2）金相组织

1）应得到符合工艺要求的正常组织，可按GB／T 13298—1991《金属显微组织检验方法》进行。

2）经后续热处理（完全退火、正火）后晶粒度为4～8级。晶粒度按GB／T6394—2002《金属平均晶粒度测定法》的规定进行检测。

3）表面氧化脱碳层应不超过其加工余量（直径或厚度）的1／3。表面脱碳层检验按GB／T 224—2008《钢的脱碳层深度测定法》进行。

（3）硬度 对于铸锻件经后续热处理完全退火或正火后应进行表面硬度检验。

硬度检验可采用布氏硬度试验法，按GB／T 231.1—2009《金属材料 布氏硬度试验 第1部分：试验方法》进行。表面硬度的偏差范围不应超出GB／T16923—2008《钢件的正火与退火》标准中表5的规定。

硬度的测定部位按工艺规定确定。

（4）畸变 对于有畸变要求的铸锻件，其热处理后的畸变量应符合工艺规定的限值。