二, 钢的整体热处理
整体热处理是对工件整体进行穿透加热.常用的方法有退火,正火,淬火和回火
1.钢的退火与正火
(1)退火与正火的目的
在机器零件和工模具等工件的加工制造过程中,退火和正火经常作为预备热处理工序,安排在铸,锻,焊工序之后,切削(粗)加工之前,用以消除前一工序所带来的某些缺陷,为随后的工序做准备.例如,在铸造或锻造等热加工以后,钢件中不但存在残余应力,而且组织粗大不均匀,成分也有偏析,这样的钢件力学性能低劣,淬火时也容易造成变形和开裂.又如,在铸造或锻造等热加工以后,钢件硬度经常偏低或偏高,而且不均匀,严重影响切削加工性能.
退火和正火的主要目的有:
① 调整硬度以便进行切削加工;
② 消除残余应力,防止钢件的变形,开裂;
③ 细化晶粒,改善组织以提高钢的力学性能;
④ 为最终热处理作好组织准备.
(2)退火工艺及应用
钢的退火是将钢件加热到适当温度,保温一定时间,然后缓慢冷却,以获得接近平衡组织状态的热处理工艺.
① 完全退火与等温退火 完全退火是指将钢件完全奥氏体化(加热至Ac3以上30～50℃)后,随之缓慢冷却,获得接近平衡组织的退火工艺.生产中为提高生产率,一般随炉冷至600℃左右,将工件出炉空冷.
完全退火的主要缺点:
完全退火主要用于:
为缩短完全退火时间,生产中常采用等温退火工艺,即将钢件加热到Ac3以上30～50℃(亚共析钢)或Acl 以上10～20℃(共析钢,过共析钢),保温适当时间后,较快冷却到珠光体转变温度区间的适当温度并保持等温,使奥氏体转变为珠光体类组织,然后在空气中冷却的退火工艺.
等温退火与完全退火目的相同,但转变较易控制,所用时间比完全退火缩短约1/3,并可获得均匀的组织和性能.特别是对某些合金钢,生产中常用等温退火来代替完全退火或球化退火.图3-15为高速工具钢完全退火与等温退火的比较.
② 球化退火 是指将共析钢或过共析钢加热到Ac1点以上10～20℃,保温一定时间后,随炉缓冷至室温,或快冷到略低于Arl温度,保温一段时间,然后炉空至600℃左右空冷,使钢中碳化物球状化的退火工艺,如图3-16所示.
图 3-16 T10钢的球化退火工艺曲线 图 3-17 粒状珠光体显微组织
过共析钢及合金工具钢热加工后,组织中常出现粗片状珠光体和网状二次渗碳体,钢的硬度和脆性不仅增加,钢的切削性变差,且淬火时易产生变形和开裂.为消除上述缺陷,可采用球化退火,使珠光体中的片状渗碳体和钢中网状二次渗碳体均呈球(粒)状,这种在铁素体基体上弥散分布着球状渗碳体的复相组织,称为"球化体",如图3-17所示.
对于存在有严重网状二次渗碳体的钢,可在球化退火前,先进行一次正火.
近些年球化退火的发展与应用(自阅)
③ 去应力退火(见书)
若采用高温退火(如完全退火),也可以更彻底地消除应力,但会使氧化,脱碳严重,还会产生高温变形,故为了消除应力,一般是采用低温退火.
④ 扩散退火(均匀化退火)(见书)
(3)正火工艺及应用
正火是指将钢件加热到Ac3(亚共析钢)或Accm(过共析钢)以上30～50℃,经保温后在空气中冷却的热处理工艺.
正火与退火的主要区别是正火冷却速度稍快,得到的组织较细小,强度和硬度有所提高,操作简便,生产周期短,成本较低.低碳钢和低碳合金钢经正火后,可提高硬度,改善切削加工性能(170～230HBS范围内金属切削加工性较好);对于中碳结构钢制作的较重要件,可作为预先热处理,为最终热处理作好组织准备;对于过共析钢,可消除网状二次渗碳体为球化退火作好组织准备.对于使用性能要求不高的零件,以及某些大型或形状复杂的零件,当淬火有开裂危险时,可采用正火作为最终热处理.
几种退火与正火的加热温度范围及热处理工艺曲线,如图3-18所示.
(a)加热温度范围 (b) 热处理工艺曲线
图 3-18 几种退火与正火工艺示意图
2.钢的淬火与回火
(1)淬火
是将钢加热至临界点(Ac3 或Ac1)以上,保温后以大于VK的速度冷却,使奥氏体转变成马氏体(或下贝氏体)的热处理工艺.
淬火的目的:为了得到马氏体组织,是钢的最主要的强化方式.
1)淬火工艺
① 淬火加热温度 在选择淬火加热温度时,应尽量使获得的组织硬度越大越好;获得的晶粒越小越好.
对于亚共析钢,淬火温度一般为Ac3以上30～50℃,淬火后得到均匀细小的M和少量残余奥氏体,若淬火温度过低,则淬火后组织中将会有F,使钢的强度,硬度降低;若加热温度超过 Ac3以上(30～50℃),奥氏体晶粒粗化,淬火后得到粗大的M,钢的力学性能变差,且淬火应力增大,易导致变形和开裂.

下一页