钢的退火和正火工艺优化技巧

1.退火

退火是将钢加热到一定温度并保温一定时间，然后以缓慢的速度冷却，使之获得接近平衡状态组织的热处理工艺。退火是钢的热处理工艺中应用最广、种类最多的一种工艺。根据钢的成分和退火目的、要求的不同，退火可分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火、去应力退火和再结晶退火等。各种退火的加热温度范围和工艺曲线如图6.1所示。

图6.1　各种退火的加热温度范围和工艺曲线

（a）加热温度范围；（b）工艺曲线

（1）完全退火

完全退火是指将钢件或毛坯加热到Ac3以上20～30℃，保温一定时间，使钢中组织完全奥氏体化后随炉缓慢冷却到500～600℃以下出炉，然后在空气中冷却的热处理方式。

完全退火主要适用于碳的质量分数为0.25%～0.77%的亚共析成分碳钢、合金钢和工程铸件、锻件及热轧型材。过共析钢不宜采用完全退火，因为当其加热至Accm线以上缓慢冷却时，二次渗碳体会以网状沿奥氏体晶界析出，使钢的强度、塑性和韧性大大降低。

完全退火的目的是细化晶粒降低硬度以及改善切削加工性能和消除铸件、锻件及焊接件的内应力。

（2）等温退火

等温退火是指将钢件加热至Ac3（或Ac1）线以上20～30℃，保温一定时间，然后较快地冷却至过冷奥氏体等温转变曲线“鼻尖”温度附近（珠光体转变区）并保温一定时间，使奥氏体转变为珠光体后再缓慢冷却下来的热处理方式。

等温退火的目的与完全退火相似，但等温退火的转变容易控制，能获得均匀的预期组织，对于大型制件及合金钢制件较适宜，可大大缩短退火周期。

（3）球化退火

球化退火是指将钢件或毛坯加热到略高于Ac1线温度，保温较长时间，使钢中的二次渗碳体自发地转变为颗粒状（或球状）渗碳体，然后以缓慢的速度冷却到室温的热处理方法。

球化退火主要适用于碳素工具钢、合金弹簧钢及合金工具钢等共析钢和过共析钢（碳的质量分数大于0.77%）。

球化退火的目的是降低硬度、均匀组织、改善切削加工性能、为淬火做好组织准备。

（4）均匀化退火

均匀化退火是指为减少铸件或钢锭的化学成分和组织的不均匀性，将其加热到略低于固相线温度（钢的熔点以下100～200℃），长时间保温并缓慢冷却，使铸件或钢锭的化学成分和组织均匀化的热处理方式。由于均匀化退火加热温度高，因此退火后晶粒粗大，可用完全退火或正火细化晶粒。

（5）去应力退火

去应力退火又称低温退火，它是将钢件加热到500～650℃（Ac1线温度以下），保温一段时间，然后缓慢冷却到200～300℃以下出炉的热处理方式。因去应力退火温度低，不改变工件原来的组织，故其应用广泛。

去应力退火的目的是为了消除铸件、锻件和焊接件内的残余应力以及冷变形加工中所造成的内应力。(www.xing528.com)

（6）再结晶退火

再结晶退火是指将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保温一定时间，使变形晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒的热处理工艺。再结晶退火的加热温度一般比理论再结晶温度高150～250℃，可用于消除冷变形加工（如冷轧、冷拉、冷冲）中产生的畸变组织，消除加工硬化。

2.正火

正火是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Accm线（过共析钢）线以上30～50℃，保温一段时间，然后在空气中或在强制流动的空气中冷却到室温的热处理方法。正火比退火冷却速度快，因而正火组织比退火组织细，其强度和硬度也比退火组织高。由于正火的生产周期短，设备利用率和生产效率高，成本较低，因而在生产中应用比较广泛。正火的目的如下。

（1）改善切削加工性能

正火可改善低碳钢（碳的质量分数低于0.25%）的切削加工性能。碳的质量分数低于0.25%的碳钢，退火后硬度过低，切削加工时容易“黏刀”，表面光洁度很差。通过正火可使其硬度提高到接近最佳切削加工硬度，从而改善切削加工性能。

（2）作为预先热处理

截面较大的结构钢件，在淬火或调质处理（淬火加高温回火）前常先进行正火处理，以消除魏氏组织和带状组织，并获得均匀细小组织。对于碳的质量分数大于0.77%的碳钢和合金工具钢中存在的网状渗碳体，正火可减少其二次渗碳体量，并使其不形成连续网状，为球化退火做好组织准备。

（3）作为最终热处理

对强度要求不高的零件可把正火作为最终热处理。正火可以细化晶粒，均匀组织，从而提高钢的强度、硬度和韧性。

3.退火与正火的选择

生产上退火或正火工艺的选择主要根据钢的种类、加工工艺（冷、热）、零件的使用性能及经济性等进行综合考虑。

对于碳含量ωC＜0.25%的低碳钢，通常采用正火替代退火。因为正火工艺具有以下优势：

①较快的冷却速度可以防止低碳钢沿晶界析出游离的三次渗碳体，从而提高冲压件的冷变形能力；

②可以提高钢的硬度，改善低碳钢的切削加工性能；

③可以细化晶粒，提高低碳钢的强度。

对于碳含量ωC＝0.25%～0.5%的中碳钢，也可以用正火替代退火。尽管对碳含量接近上限的中碳钢的正火处理会使其硬度偏高，但还可以进行切削加工，而且正火的成本较低，生产效率高。但是，对于含合金元素的中碳合金钢，由于合金元素的存在，增加了过冷奥氏体的稳定性，即使在缓慢冷却的情况下仍可得到马氏体或贝氏体组织。因此，若采用正火处理会使其硬度偏高，不利于切削加工，应当采用完全退火。

对于碳含量ωC＝0.5%～0.75%的碳钢，一般采用完全退火，因为钢的碳含量较高，正火后的硬度显著高于退火的硬度，难以进行切削加工。因此采用退火降低硬度，以改善其切削加工性能。

对于碳含量ωC＝0.75%以上的碳钢或工具钢，一般采用球化退火作为预备热处理。若有网状二次渗碳体存在，则应先进行正火消除。

另外，从钢的使用性能考虑，若钢件或零件承载不大，性能要求不高，则可直接用正火作为最终热处理来提高钢的力学性能。从经济性方面考虑，由于正火比退火生产周期短，操作简便，工艺成本低。因此，在满足钢的使用性能和工艺性能的前提下，应尽可能采用正火工艺代替退火。