退火与正火常见缺陷及预防措施

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：退火和正火由于加热或冷却不当，会出现一些与预期目的相反的组织，造成缺陷。一般常见的缺陷有以下几种。具体避免与预防措施参见第1章1.4小节。图2-25过共析钢退火反常组织形成原因：在Ar1点附近冷速过慢或在略低于Ar1点的温度下长时间停留。这和正常组织相反，故称为反常组织。反常组织将造成淬火软点，出现这种组织时应重新进行退火消除。

退火和正火由于加热或冷却不当，会出现一些与预期目的相反的组织，造成缺陷。一般常见的缺陷有以下几种。

1.过热与过烧

由于加热温度过高，引起晶粒过度长大或出现晶界弱化，甚至晶界局部熔化，造成工件报废。具体避免与预防措施参见第1章1.4小节。

对于加热温度过高、保温时间过长或炉内温度不均造成的局部过热，当冷速适中时，中碳钢中常出现粗大魏氏铁素体组织，如图2-23所示，使钢冲击韧性下降。

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图2-23　魏氏铁素体组织

为了消除魏氏体组织，可采用稍高于Ac3的加热温度，既使先共析相完全溶解，又不使奥氏体晶粒粗大，再根据钢的化学成分采用较快或者较慢的冷却速度冷却。对于魏氏体组织严重的，可以采用前述的双重正火来消除。

2.退火石墨碳(黑斑)黑斑多于碳含量高的碳素工具钢或低合金工具钢退火后出现。这类钢有时在退火后硬度虽然很低，但脆性却很大，一折即断，断口呈灰黑色，所以又叫“黑脆”。当高碳钢加热温度过高(>1000℃)、保温时间过长或多次返修退火时，珠光体转变按Fe-C平衡相图进行，渗碳体转变为石墨。石墨在金相组织中呈现为黑斑，并在其周围形成大块铁素体，如图2-24所示。由于石墨本身强度和塑性极低，且石墨对基体有割裂作用，因此使零件强度、塑性及表面粗糙度等级明显降低。对出现黑斑缺陷的刀具进行淬火，容易出现软点，使用中易出现崩刃及早期磨损现象。

钢中碳含量过高、含锰量过低或含有促进石墨化的元素(如Si)等，均可促进黑斑组织形成。出现黑斑的工件不能返修，只能报废。预防措施就是控制退火加热温度和保温时间。

3.反常组织

在亚共析钢中，在先共析铁素体晶界上出现粗大渗碳体，珠光体片间距也很大；在过共析钢中，在先共析渗碳体周围出现很宽的铁素体条，而先共析渗碳体网也很宽，如图2-25所示。

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图2-24　T12钢退火黑斑

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图2-25　过共析钢退火反常组织

形成原因：在Ar1点附近冷速过慢或在略低于Ar1点(如低10℃)的温度下长时间停留。这种组织的形成过程是在先共析相析出后，在后续的珠光体转变过程中，铁素体或渗碳体自由长大，而形成游离的铁素体或渗碳体，结果在亚共析钢中出现非共析渗碳体，而在过共析钢中出现游离的铁素体。这和正常组织相反，故称为反常组织。

反常组织将造成淬火软点，出现这种组织时应重新进行退火消除。

4.网状组织

加热速度过高或冷速过慢形成网状铁素体(亚共析钢)或渗碳体(过共析钢)。由于网状组织会降低钢的力学性能，且在后续淬火加热时难以消除，因此必须严格控制。

网状组织一般采取重新正火的办法来消除。

5.球化不均匀

工具钢球化退火后组织中常有细小片状碳化物存在，会导致硬度偏高，淬火加热时此碳化物不易溶解，导致淬火开裂倾向增加，残留奥氏体量较多。球化不完全主要是由奥氏体温度高或保温时间长、冷速快引起，改善措施是补充低温球化退火，并严格控制球化退火时的奥氏体化温度、保温时间及冷却规范。

球化不均匀也有可能是球化退火前存在的网状碳化物，在球化退火时聚集而成。消除办法是进行正火和一次球化退火。

6.硬度过高

中、高碳钢退火的重要目的之一是降低硬度，便于机械加工，因而对退火后的硬度有一定要求。中碳钢退火后硬度过高多由于退火冷速过快所致，因冷速偏快，故组织中珠光体偏多、偏细，甚至会出现索氏体等组织。特别是对合金元素含量较高、过冷奥氏体稳定的钢，退火后就会形成索氏体、托氏体，甚至贝氏体或马氏体组织，因而硬度高于规定的硬度范围。高碳钢硬度偏高主要是因球化不当造成的，如加热或等温温度偏低、冷速偏快，均会造成球化不完全或碳化物弥散度过大，从而使硬度偏高。有时硬度偏高也与装炉量过大、炉温不均匀有关。为了获得所需的硬度，退火应严格按照工艺规范执行。对硬度偏高的工件，可通过重新退火来修正。

退火与正火常见缺陷及预防措施

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