退火的主要目的是為了降低鋼鐵材料的硬度,提高塑性和韌性,改善切削加工性能和鍛壓加工性能;細(xì)化鋼鐵材料組織,均勻其化學(xué)成分;消除鋼鐵材料的內(nèi)應(yīng)力,防止其變形和開裂;為后續(xù)加工或熱處理做準(zhǔn)備。
退火主要用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼的鑄件、鍛件、焊件及鋼錠等。
根據(jù)鋼鐵材料的化學(xué)成分和退火目的的不同,退火通常分為完全退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)力退火、均勻化退火等。(部分退火的加熱溫度范圍如圖 01所示。部分退火工藝曲線如圖 02所示。)
圖 01 部分退火工藝加熱溫度范圍示意圖
圖 02 部分退火工藝曲線示意圖
正火就是將工件加熱到奧氏體化后,保持適當(dāng)?shù)臅r間后,在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火與退火相比,一般加熱溫度比退火高;冷卻速度比退火快,過冷度較大,因此正火后得到的組織比較細(xì),強度和硬度比退火高。另外,正火與退火相比具有操作簡便、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低的的優(yōu)點。
正火的目的與退火類同,不過具有更高的力學(xué)性能,主要用于對于力學(xué)性能要求不高的普通結(jié)構(gòu)零件,正火可作為最終熱處理。對于低中碳結(jié)構(gòu)鋼,主要是提高硬度,改善切削加工性能;對于過共析鋼,為球化退火、淬火做組織準(zhǔn)備。
淬火是指將工件加熱到奧氏體化后,保持一定時間,然后以適當(dāng)速度冷卻獲得馬氏體(或貝氏體)組織的熱處理工藝。
淬火的主要目的就是為了強化材料,提高材料的強度或硬度,用于要求有較高強韌性的工模具和彈簧及要求高硬度的零件之中。這里要注意,淬火后的工件是不能直接使用的,必須進(jìn)行回火后才能投入生產(chǎn)、使用。
不同的鋼種其淬火加熱溫度不同。非合金鋼的淬火加熱溫度可由鐵碳合金相圖確定,如圖 03所示。
圖 03 非合金鋼淬火加熱的溫度范圍
淬火加熱時間包括升溫時間和保溫時間。可參照熱處理工藝曲線(圖 04)。
圖 04 熱處理工藝曲線
合理的淬火速度既能保證獲得馬氏體組織,同時又能盡量避免鋼件發(fā)生變形與開裂,理想的淬火冷卻速度曲線圖如圖 05所示。
圖05 理想的淬火冷卻速度曲線圖
常用的淬火冷卻介質(zhì)有油、水、鹽水、硝鹽浴、堿浴和空氣等。
常用的淬火方法分為單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級淬火、貝氏體等溫淬火。
回火是指工件淬硬后,加熱到Ac1以下的某一溫度,保溫一定時間,然后冷卻到室溫的熱處理工藝。回火是在淬火之后進(jìn)行的,通常也是零件進(jìn)行熱處理的最后一道工序。
回火的主要目的是減小或消除淬火殘余應(yīng)力,穩(wěn)定鋼件的組織和尺寸,并與淬火配合,使零件達(dá)到使用性能要求。由圖 06可以看出,淬火鋼材隨回火溫度的升高,強度與硬度降低,而塑性與韌性提高。
圖06 40鋼回火后其力學(xué)性能與溫度的關(guān)系
回火廣泛應(yīng)用于要求保持高硬度和耐磨性,具有一定韌性的各類高碳鋼的刀具、冷作模具、量具;具有高彈性極限和屈服極限,并備有一定韌性的各種彈簧、彈性夾頭、鍛模;具有較好的綜合機械性能的軸類、齒輪、連桿等受力復(fù)雜的重要零件。
根據(jù)鋼材在回火過程中的溫度范圍,可將回火分為三種:低溫回火(工件溫度<250℃);中溫回火(250℃<工件溫度<450℃);高溫回火(工件溫度>500℃)。
鋼件淬火+高溫回火的復(fù)合熱處理工藝又稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理后的鋼件不僅僅具有較高的強度和硬度,而且塑性和韌性也明顯比正火處理后要高。所以重要鋼制零件往往采用調(diào)質(zhì)處理,而不采用正火處理。
圖 07所示的為“四把火”在銼刀生產(chǎn)中的應(yīng)用。
圖 07 銼刀的生產(chǎn)加工工藝路線圖
圖 08所示的為“四把火”在汽車變速齒輪加工中的應(yīng)用。
圖 08 汽車變速齒輪加工工藝路線圖
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