退火的种类及工艺

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　　退火的种类1.完全退火和等温退火完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。

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　　2.球化退火球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢(如制造刃具，量具，模具所用的钢种)。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。

　　3.去应力退火去应力退火又称低温退火(或高温回火)，这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。

　　退火与正火1.钢的退火将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。

　　2.钢的正火正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。

　　完全退火处理完全退火处理係将亚共析钢加热至Ac3温度以上30~50℃、过共析钢加热至Ac1温度以上50℃左右的温度范围，在该温度保持足够时间，使成為沃斯田体单相组织(亚共析钢)或沃斯田体加上雪明碳体混合组织后，在进行炉冷使钢材软化，以得到钢材最佳之延展性及微细晶粒组织。

　　铸铁之弛力退火处理几乎所有的铸件在冷却过程中都会產生热应力，在热处理过程中，特别正常化处理和退火处理之后均会成内应力，内应力发生的主要原因在於铸件的内部肉厚不同，在急速冷却过程中由於热降的差异发生，肉厚不同会使每一个不分的收缩各异，因而引起了所谓内应力，冷的部分具有较高的潜变长度，而热的部分其长度较低，故热的部分就会在冷的部分收缩后形成热点造成部份的变形，变形部分之强度，随著变形度的增加而提高，最后再不能进一步变形时，铸件内部形成某种程的弹性应力，甚至塑性应变，即為内应力，此应力几乎可高达与抗拉强度等值，一且由於任何外在的原因使局部应力超过抗拉强度的时候，此类铸件很容易因而造成破裂，热处理是消除内应力最重要的一种方法，主要程序是升高温度，令所有铸建在非常均匀而缓慢的情况下，加热及冷却。

　　退火温度的高低，主要视铸件的组成部分，以及必须消的强度量而定，甚至必须考虑组织的可能变化，最适合的退火温度可大致归纳如下：对非合金性的铸铁而言，约在500~575℃之间，对於低筋性的铸铁而言，大约在550~600℃之间，对高合金铸铁而言则在600~650℃之间，炉内的温度分布，必须儘可能的均匀以避免存在温度梯度，不论任何情况下，用於退火的火焰或热气体，不能直接喷向铸件，以避免在加热的时候，薄壁的部分在次引起热应力，而增加残留应力的存在量，进而引起破裂，在到达退火温度后的第一小时内大部分的内应力均会消除，则视铸件的厚薄而定，一般而言铸件厚度每增加25mm必须增加一小时的退火时间。

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　　铸铁之软化退火处理灰铸铁与球状石墨铸铁软化退火，事实上是一种针对碳化物分解的热处理，对非合金性及低合金铸铁而言，铁碳所形成的碳化物并非是一种稳定相，在高温中经过一段足够长的时间，碳化物分解成為石墨、肥力铁或沃斯田铁，此类分解过程就是一般所谓的软化热处理，同时也是製造展性铸铁的主要程序，灰铸铁裡的碳化物主要分两类，第一类是在凝固过程中形成的共晶碳化物(Eutectic Carbide)，一般称之為自由碳化物(Free Carbide)。软化处理主要分成两个步骤，及第一段石墨化及第二段石墨化，共晶碳化物之分解為第一段石墨化，波来铁分解為肥力铁与石墨之步骤為第二段石墨化。图2-2所示為软化处理时间-温度曲线，如果波来铁分解时予以非常缓慢的冷却，则同时可达到弛力退火的效果。

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　　第一段石墨化处理的目的在於消除共晶雪明碳铁，因此当灰铸铁或者球状石墨铸铁，再凝固过程中，石墨形成不完全，大部分都会形成共晶雪明碳铁，在铸件的角落和锐边处，由於冷却速率较快，或以金属模铸造时激冷效果均会產生共晶雪明碳铁，另当硅的含量不够，或接种的处理不良都会產生硬点，或形成碳化物，如果铸铁内具碳化物的稳定元素，儒Cr、V或太高之锰含量时，也会形成相同的结果，如果是由於成分的配合不恰当，晶界形成共晶碳化物，则铸件的肉原对碳化物之形成不会產生之影响，此类碳化物在某一个温度范围内相当的不稳定，其分解速度随著温度的降低而急速的减小，且随著温度的升高而急速的增加。第一段石墨化的温度不宜太低，其温度范围大约在850℃至950℃之间，对球状石墨铸铁而言，由於需要较高的韧性，因此温度不宜超过920℃，以免发生沃斯田铁初晶，退火的时间必须加长，退火时间的长短不仅由退火温度来决定，同时需考虑铸铁的种类成分，甚至要考虑碳化物的种类，一般而言退火时间可由2~15小时，為了避免脱碳，同时考虑经济上的效益，退火时间应儘可能地缩短，石墨化元素如硅及微量的铜可加速雪明碳铁的分解，而碳化物的稳定元素，如铬、铝、铜，在正常情况下会严重地延迟石墨化的时间。

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　　第二段石墨化处理的目的是消除或减少波来铁，其主要作用在於分解波来铁，或者经过第一段石墨化处理后，在冷却过程中，防止波来铁的再形成，第二段石墨化处理应与第一段石墨化裡共同进行，假如无共晶碳化物存在，也可单独进行，主要的执行步骤，是在变态温度以下非常缓慢的冷却，或者在变态温度以下保持一段时间，对球状石墨铸铁而言，肥粒铁化后的组织对性质有非常大的影响，对灰铸铁而言，肥粒铁系的组织单使材料变软而已，雪明碳铁的分解速率随著温度之增加而增加，此现象与第一段石墨化处理结果相似。温度超过变态温度范围，则有部分的组织发生沃斯田铁化，冷却时，可在次形成波来铁，当温度超过600℃时，波来铁分解非常迅速。直到其完全分解為止，退火时间需要8至12小时，当温度超过某一临界点时，此肥粒铁的生长速率会得到相反的效果，可见要完全成肥粒铁化所需要的退火时间在4~24小时之间，温度则在680~740℃之间。

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