退火与正火工艺的组织性能比较及选择

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：对于亚共析钢，以45钢为例，正火后的强度、硬度和韧性均较高，塑性与退火后相当。45钢的退火和正火后的性能比较见表2-3。表2-345钢退火与正火状态的力学性能不同碳含量的碳钢经退火或正火后其硬度大小如图2-22所示。但对含碳低于0.20%的钢，如前所述，应采用高温正火，因为按正常温度正火后，自由铁素体仍过多，硬度过低，切削性能仍较差。

以获得接近平衡态组织为主要目的的退火(主要指完全退火)与正火，热处理之后的组织都是铁素体和渗碳体的机械混合物，即珠光体类型的组织。但由于正火与退火的冷却速度不同，正火的冷却速度比退火快，过冷度较大。对于亚共析钢而言，组织中先共析铁素体较少，珠光体量较多(伪共析)，且珠光体片间距较小。此外，由于正火时过冷奥氏体转变温度较低、珠光体成核率较大，因而珠光体团的尺寸较小。对于过共析钢而言，正火不仅获得的珠光体片间距及团直径较小，还可以抑制先共析网状渗碳体析出，而完全退火后则有网状渗碳体存在。

由于退火与正火在组织上有上述差异，因而在性能上有差别。对于亚共析钢，以45钢为例，正火后的强度、硬度和韧性均较高，塑性与退火后相当。45钢的退火和正火后的性能比较见表2-3。

表2-3　45钢退火与正火状态的力学性能

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不同碳含量的碳钢经退火或正火后其硬度大小如图2-22所示。图中阴影部分为适合切削加工的硬度(150～250HV)。为保证切削加工工艺性能，针对不同碳含量的碳钢工件，切削前可由此图选择合理的预备热处理工艺方法。由该图可以看出，碳钢切削前根据碳含量适合的预备热处理工艺为：wC＝0.20%～0.50%的钢，正火；wC＝0.30%～0.80%的钢，完全退火；wC>0.60%的钢，球化退火。

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图2-22　碳钢热处理后的硬度与含碳量的关系

在生产上对退火(主要指完全退火和球化退火)、正火的选用，应根据钢种前、后的冷、热加工工艺以及最终零件使用条件来确定。根据钢中含碳量的不同，一般按如下原则选择：

(1)含碳0.25%以下的钢，在没有其他热处理工序时，可用正火来提高强度。对渗碳钢，用正火消除锻造缺陷以及提高切削加工性能。但对含碳低于0.20%的钢，如前所述，应采用高温正火，因为按正常温度正火后，自由铁素体仍过多，硬度过低，切削性能仍较差。为了适当提高硬度，应提高加热温度(比Ac3高100℃)，以增大过冷奥氏体的稳定性，而且应该增大冷却速度，以获得较细的珠光体和分散度较大的铁素体。对这类钢，只有形状复杂的大型铸件才用退火消除铸造应力。

(2)对含碳0.25%～0.50%的钢，一般采用正火。其中含碳0.25%～0.35%的钢，正火后其硬度接近最佳切削加工的硬度。对含碳较高的钢，硬度虽然较高(200HBW)，但由于正火生产率高，成本低，故仍采用正火。只有合金元素含量较高的钢才采用完全退火。

(3)对含碳0.50%～0.75%的钢，一般采用完全退火。因为碳含量较高，正火后硬度太高，不利于切削加工，而完全退火后的硬度正好适宜切削加工。此外，该类钢多在淬火、回火状态下使用，因此一般工序安排是通过完全退火降低硬度，然后进行机加工，最终进行淬火和回火。

(4)对含碳0.75%～1.0%的钢，有的用来制造弹簧，有的用来制造工具。前者采用完全退火作为预备热处理，后者则采用球化退火。

(5)含碳大于1.0%的钢用于制造工具或轴承，均采用球化退火作为预备热处理。

当钢中含有较多的合金元素时，由于合金元素强烈地改变了过冷奥氏体连续转变曲线，因此上述原则就不适用。例如，低碳高合金钢18Cr2Ni4WA没有珠光体转变，即使在极缓慢的冷却速度下退火，也不可能得到珠光体组织，一般需要高温回火来降低硬度，以便切削加工。

退火与正火工艺的组织性能比较及选择

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