常用钢的热处理工艺：正火、退火、淬火、回火的基础知识

常用钢的热处理工艺：正火、退火、淬火、回火的基础知识

钢的热处理工艺是金属材料加工中的关键技术之一，主要包括正火、退火、淬火和回火等工艺。这些工艺通过控制加热和冷却过程，可以改变钢材的微观组织结构，从而获得所需的力学性能。本文将详细介绍这些热处理工艺的基本概念、目的和具体操作方法。

正火的基本概念

正火是将亚共析钢加热到Ac3+3050℃,共析钢加热到Ac1+3050℃,过共析钢加热到Accm+30~50℃保温后空冷的工艺。正火比退火冷却速度大。

正火的目的:

• (1)对于低、中碳钢(≤0.6%C),目的与退火的相同。
• (2)对于过共析钢,用于消除网状二次渗碳体,为球化退火作组织准备。
• (3)普通件最终热处理。

要改善切削性能,低碳钢用正火,中碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火。

退火的基本概念

将钢件加热至高于或低于钢的临界温度,经适当保温后随炉或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却,以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。

退火的目的:

• (1)调整硬度,便于切削加工。适合加工的硬度为170-250HB;
• (2)消除内应力,防止加工中变形;
• (3)细化晶粒,为最终热处理作组织准备。

退火的种类很多,常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。

淬火的基本概念

将钢加热到Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上(30～50)℃,保温后在水或油中快速冷却的操作工艺称为淬火。一般是为了获得马氏体组织,随后再配合适当的回火,以获得多种多样的使用性能。

碳钢的淬火温度主要由钢中的含C量根据Fe-Fe3C相图来确定,如图所示为淬火加热温度范围。

在对金属进行淬火处理时,需要将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间,随即浸入淬冷介质中快速冷却。可根据淬火的冷却速度进行区分,常用的淬火介质有水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等。

常用的淬火方法包括单液淬火法、双液淬火法、分级淬火法、等温淬火法。

回火的基本概念

回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温适当时间后,置于空气或水中冷却的工艺。

回火的目的:

• (1)减少或消除淬火内应力,防止变形或开裂
• (2)获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高,脆性大,回火可调整硬度、韧性。
• (3)稳定尺寸。淬火M和A’都是非平衡组织,有自发向平衡组织转变的倾向。回火可使M与A’转变为平衡或接近平衡的组织,防止使用时变形。
• (4)对于某些高淬透性的钢,空冷即可淬火,如采用回火软化既能降低硬度,又能缩短软化周期。

常用钢淬火、回火温度

表1 要求综合性能的钢种

注:

• ①采用日本材料时,淬火温度为960～980℃,回火温度允许比表中温度高10~30℃。
• ②有效截面小于20mm者可采用空冷。

表2 要求淬硬的钢种(新HRC>30)

注:

• ①回火后油冷。
• ②淬火加热时要加以保护,以防脱碳。
• ③回火脆性区为500～510℃,严禁采用。
• ④回火脆性区为470～530℃,严禁采用。

表3 要求渗碳淬硬的钢种

几点说明:

• (1)表1～3中提供的淬火、回火温度范围,是供生产时按具体情况选定参数用的,不是某一炉允许的温度偏差。
• (2)凡水冷的钢种(奥氏体钢除外)均应及时回火以防开裂。
• (3)表1中的σs数值为σ0.2的数值。
• (4)45、35CrMoA、40CrNiMoA为保证取样部位合格,毛坯送检硬度允许适当提高。
• (5)对感应加热,快速加热的零件淬火温度允许适当提高。
• (6)表中标有*者生产上尚未用过或较少用过,其参数不够成熟,尚待生产中进一步验证,生产中允许在验证基础上进行修改。
• (7)表1～3中冷却为水→油者,允许用水→空→水代替,具体方法为:水冷一段时间后将零件提起空中(让零件反热后)再入水继续冷却。

常用钢正火、回火及退火温度

表4 要求综合性能的钢种

表5 其它钢种

注:

• ①用于消除粗晶。
• ②Ⅰ用于软化;Ⅱ用于细化晶粒。
• ③用于消除粗晶。
• ④正火为消除过热组织及网状碳化物。
• ⑤模具翻新退火温度为720～740℃。
• ⑥模具翻新退火温度为710～730℃。

几点说明:

• (1)表5中列出的正火、回火、退火温度范围是供生产中在这区间内选用的,不是指一炉允许的温度偏差,一般情况下选用中限。
• (2)表4规定的回火,根据技术条件要求,均在正火后进行。表5规定的回火,根据具体情况,可在正火后进行,也可在锻后单独进行。
• (3) 渗碳钢消除渗碳层中网状碳化物的正火温度一律采用860～880℃。