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高锰钢Mn13耐磨钢板正火、退火、淬火、回火的区别与联系

来源: 钢板(卷)事业部      更新时间: 2012-05-07     
 
 正火、退火、淬火、回火的区别与联系
      退火是将工件加热到适当温度,根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间,然后进行缓慢冷却,缓冷是退火的主要特点,一般是将工件随炉缓冷到小于550℃时出炉空冷。对于要求内应力较小的工件应随炉冷却到小于350℃出炉空冷。目的是降低材料硬度,以利切削加工;消除各类应力,防止零件变形;细化粗大晶粒,改善内部组织,使金属内部组织达到或接近平衡状态,获得良好的工艺性能和使用性能,或为进一步淬火或最终热处理做好准备。 
一.退火的种类完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火、去应力退火和再结晶退火、光亮退火等。
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。将工件完全奥氏体化后缓慢冷却,获得接近平衡组织的退火。加热温度为Ac3+(30~50)℃1)目的 细化组织,降低硬度,改善切削加工性能,消除内应力。组织与性能完全退火后可获得接近平衡状态的组织,一般为铁素体加珠光体。用途 主要用于中碳非合金钢和中碳合金钢铸、焊、锻、轧制件等。也可用于高速钢、高合金钢淬火、返修前的退火
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。为使工件中的碳化物球状化而进行的退火,加热温度一般为Ac1+(20~30)℃,保温一定时间,再冷至Ar1以下20℃左右等温一定时间,然后出炉空冷。目的 降低硬度,改善组织,提高塑性和改善切削加工性能等。组织与性能 球化退火时,网状渗碳体在加热保温过程中将部分溶解而断开,成为许多细小点状渗碳体弥散分布在奥氏体基体上。再随后缓冷过程中,以细小渗碳体质点为核心,形成颗粒状渗碳体,均匀分布在铁素体基体上,形成球状(或粒状)珠光体组织。用途 主要用于共析钢、过共析钢的锻、轧件以及结构钢的冷挤压件等。球化退火前有网状渗碳体的工件,应先经正火消除后,再进行球化退火。
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。去除工件塑性变形加工、切削加工或焊接造成的内应力及铸件内存在的残余应力而进行的退火,这些应力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。加热温为Ac1-(50~150)℃。主要消除中碳非合金钢和中碳合金钢由于冷、热加工形成的残余应力。
4. 均匀化退火(扩散退火)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,以达到化学成分和组织均匀化为目的的退火。加热温度为Ac3+(150~200)℃,这种工艺主要用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件或锻件。
正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却,正火的效果同退火相似,只是得到的组织更细,常用于改善材料的切削性能,也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。 1、目的 消除网状碳化物,为球化退火作准备,细化组织,改善力学性能和切削加工性能。2、工艺 工件奥氏体化后,在空气中进行冷却的热处理工艺称为正火。在静止的空气中冷却至Aγ1附近即转入炉中缓慢冷却的正火称为二段正火;采用强制吹风快冷到珠光体转变区的某一温度,并保温以获得球光体型组织,然后在空气中冷却的正火称为等温正火。3、组织与性能 正火后获得的组织是接近于平衡状态的组织,但由于冷却速度比较快,所以组织比较细小,强度、硬度也有所提高。4、用途 正火是一种操作方便,成本较低,生产周期短,生产效率高的热处理,主要用于:低中碳的非合金钢(碳钢)和低合金结构钢铸、锻件消除应力和淬火前的预备热处理,也可用于某些低温化学热处理件的预处理及某些结构钢的最终热处理。
淬火是将工件加热保温后,在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。工件奥氏体化后,以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理,称淬火。最常见的有水冷淬火、油冷淬火、空冷淬火等。快速冷却是淬火的主要特点,一般情况下,淬火的冷却速度均大于正火和退火。但是,由于影响奥氏体化时间的因素很多,如工件的材料、形状和尺寸、加热介质、加热温度、加热方式、装炉方式、装炉量等。所以目前尚无准确的理论计算方法,大多采用经验公式进行估算。必要时应通过试淬以确定合适的奥氏体化时间。在实际操作中,通常先把加热炉炉温升到所选定的加热温度,再将工件装入,此时炉温略有下降,待炉温重新升到规定的加热温度时,开始计算奥氏体化时间。淬火时,最常用的冷却介质是盐水,水和油。盐水淬火的工件,容易得到高的硬度和光洁的表面,不容易产生淬不硬的软点,但却易使工件变形严重,甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。
淬火后钢件变硬,但同时变脆。为了降低钢件的脆性,将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温,再进行冷却,这种工艺称为回火。淬火后的工件应及时回火。回火是指工件淬硬后加热到Ac1以下的某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理。1、回火的目的 降低脆性,消除或减少内应力,钢件淬火后存在很大内应力和脆性,如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂;获得工件所要求的机械性能,工件经淬火后硬度高而脆性大,为了满足各种工件的不同性能的要求,可以通过适当回火的配合来调整硬度,减小脆性,得到所需要的韧性,塑性;稳定工件尺寸; 对于退火难以软化的某些合金钢,在淬火(或正火)后常采用高温回火,使钢中碳化物适当聚集,将硬度降低,以利切削加工。2、回火时组织与性能的变化 淬火后的马氏体和残余奥氏体都是不稳定的组织,具有自发向稳定状态转变的倾向。随着回火温度的升高,组织转变将分四个阶段进行。第一阶段(80℃~200℃)马氏体分解。第二阶段(200℃~300℃)残余奥氏体分解。第三阶段(300℃~400℃)马氏体完全分解和渗碳体逐步形成。第四阶段(400℃以上)固溶体的再结晶与渗碳体的聚集长大。3、回火的种类及其应用。(1)低温回火 淬火工件在250℃以下回火称为低温回火,其组织为回火马氏体(M回)。他基本保持马氏体的高硬度和耐磨性。钢的内应力和脆性有所降低。低温回火主要用于各种工具,滚动轴承、渗碳件和表面淬火件。(2)中温回火 中温回火是指淬火工件在250~500℃之间的回火,回火后的组织主要是回火托氏体(T回)。具有较高的弹性极限和屈服强度,具有一定的韧性和硬度。中温回火主要用于各种弹簧和模具等。(3)高温回火 高温回火是指淬火工件在高于500℃的回火,回火后的组织为回火索氏体(S回)。工件淬火及高温回火的复合热处理工艺称调质。调质后的工件具有强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。广泛用于汽车、拖拉机、机床等机械中的重要结构零件,如各种轴、齿轮、连杆、高强度镙栓等。
退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”,其中的淬火与回火关系密切,常常配合使用,缺一不可。“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同,又演变出不同的热处理工艺 。为了获得一定的强度和韧性,把淬火和高温回火结合起来的工艺,称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后,将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间,以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。
把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行,使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理;在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理,它不仅能使工件不氧化,不脱碳,保持处理后工件表面光洁,提高工件的性能,还可以通入渗剂进行化学热处理。
表面热处理是只加热工件表层,以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部,使用的热源须具有高的能量密度,即在单位面积的工件上给予较大的热能,使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理,常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。
化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热,保温较长时间,从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后,有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。
热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说,它可以保证和提高工件的各种性能 ,如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态,以利于进行各种冷、热加工。
例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁,提高塑性 ;齿轮采用正确的热处理工艺,使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高;另外,价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能,可以代替某些耐热钢、不锈钢;工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。

高锰钢Mn13耐磨钢板在1000~1100度之间为单一奥氏体组织,为保持此组织,需高温淬火,即在1000~1050度之间的温度内立即水淬至常温。这样经过处理后的材料才会具有很高的耐磨性。

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