退火、正火、淬火、回火工艺-第4部分
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在很宽的范围改变冷却速度。表2为不同介质的有关特性。由表2可见，改变流速可以在一定范围调节冷却速度，改变介质的压力，也能在一定程度内调节介质的冷却速度。液体介质具有流动性，因此可以在一定范围内调节其冷却速度。气体介质同时具有好的流动性和可压缩性，能在更宽的范围调节其冷却速度。加上没有特性温度麻烦，使气体没有上述液体介质的两个缺点。固体介质由于没有流动性，也没有可压缩性，作为淬火冷却介质的用途就很少。
表2 固、液、气介质的基本特性
Table 2 The basic properties of solid； liquid and gas quenchant 介质类型 固体 液体 气体 流动性 无 好 很好 可压缩性 无 无 很好 冷却速度的可调节范围 极小 不宽 宽 特性温度麻烦 无 有 无
本文开头提到的自来水的第二大缺点，实际上包含了液体介质的第二个缺点，以及自来水的特性温度对水温特别敏感两个特性。因为都是有关其特性温度的缺点，为简单起见，我们把它们统称为自来水的第二大缺点。自来水不仅有液体介质的第二缺点，而且因为水温升高，冷却的蒸汽膜阶段会迅速延长，使这种因素引起的内应力长期存在，为产生变形提供了塑性好，应力大和作用时间长的条件，因此不仅引起严重的硬度不均，更会加大工件的淬火畸变。说它是大缺点，“大”就大在自来水的冷却特性对水温特别敏感上。
5 克服第二类缺点的技术方法
综合上述讨论，推广开来，我们建议用以下七类办法，来克服液体介质的上述第二类缺点。
⑴ 在单一的冷却阶段内冷却。选用那些特性温度高于工件的淬火加热温度的介质，使整个冷却过程都在沸腾阶段进行。比如，通常使用硝盐浴冷却属于这类。或者完全在介质的特性温度以上冷却，使整个冷却过程都在蒸汽膜阶段进行。比如，在慢速的浆状介质中冷却高合金钢工件，属于此类。我们认为，这是上等的解决办法。
图5为160℃硝盐浴与40℃的快速淬火油今禹Y15…II的冷却速度曲线对比。由图5可见，今禹Y15…II是冷却速度很快的淬火油。而在整个冷却过程中，硝盐浴的冷却速度都比今禹15…II要快。按现在还流行的一种观点“在冷却速度快的介质中淬火，工件的淬火畸变会更大”，油中的淬火畸变应当更小。但生产证明，硝盐浴中淬火变形更小。有人用200℃的硝盐浴与100℃热油作了畸变大小试验对比，结果见图6＇2＇。油中淬火的工件，变形更大而且更分散。究其原因，是硝盐浴的特性温度高于工件的入液温度，从而实现了在单一的冷却阶段（沸腾冷却阶段）冷却的缘故。图7是高合金钢的剔齿刀的分级盐浴冷却工艺。图8为高合金钢的3次分级冷却工艺曲线与只有蒸汽膜阶段的慢速浆状介质的冷却过程曲线＇3＇的对比。与浆状介质相比，在分级冷却过程中，每次放入盐浴时，都会因冷却速度快而引起较大的内应力。可以推知，代之以慢速浆状介质冷却，将会进一步减小工件的淬火畸变。
⑵ 选用蒸汽膜阶段长短对液温变化不敏感的介质，比如各种淬火油。采用油淬火时，工件堆放得稍微密集一点，使不同部位的工件接触的油有一定的温度差异时，各部位接触的油的特性温度基本上没有差别，如图1b所示。这就可以减小不同部位的冷却差异，从而减小工件的淬火畸变。
⑶ 加入能减小介质液温敏感性的添加剂，如自来水中溶入一定量的无机盐或碱。
⑷ 选用蒸汽膜阶段短的介质。形状复杂的工件，尤其是带较深内孔的工件，为减小淬火畸变，选用淬火油时，必须考虑到这一点。
⑸ 降低水性介质的使用温度，来提高水的特性温度，并降低水的最高温升程度。如果能将水的特性温度提高到工件的加热温度以上，还可以免除特性温度麻烦。
⑹ 降低工件的加热（或入液）温度，以缩短工件处于蒸汽膜阶段的时间。
⑺ 通过增大工件之间的距离和加大介质的搅拌烈度等措施，减小工件周围的液温升高程度，以减小上述内应力。
一般说，选取几种以上办法，同时用上去，可以取得更好的效果。工厂现场要根据实际情况，避免某些有利于变形的因素相互叠加。比如，在油中做淬火冷却时，入油之初，工件温度高，塑性好，如果在油的特性温度问题引起的内应力的基础之上，加上强烈搅动引起的外来应力，就有可能在工件某些部位叠加成很大的应力，引起超差的塑性变形。东北某工厂遇到这样的麻烦时，有人出了一个好主意：在工件入油之初不搅拌，经过1min…2min再开始搅拌，畸变问题马上就解决了。究其道理，一是前期的冷却使过冷奥氏体抵抗塑性能力提高，二是可能避开特性温度麻烦引起的内应力与搅拌引起的同方向应力的叠加。按照这种思路，在某些场合，当不能完全避开特性温度麻烦时，单纯追求缩短油的蒸汽膜阶段，就不如保留适当长度的蒸汽膜阶段，等钢材抵抗塑性变形的能力有所提高后，再遭遇特性温度麻烦，更能减小工件的淬火畸变。又比如，降低水溶液的使用温度，可以提高水的特性温度，直至特性温度高于工件的入水温度。在水中溶解一定量的无机盐，可以降低水的凝固点，从而把水的使用温度降低到零下一、二十度，甚至更低的程度。此时，需要注意防止水溶液的低温冷却速度过高，以免引起工件淬裂。
九、退火介绍
（1）钢的退火与正火
1、退火：
退火和正火是生产中应用很广泛的预备热处理工艺，主要用于改善材料的切削加工性能。对于一些受力不大、性能要求不高的机器零件，也可以做为最终热处理。
等温退火将奥氏体化后的钢快冷至珠光体形成温度等温保温，使过冷奥氏体转变为珠光体，空冷至室温。
球化退火 将过共析碳钢加热到Ac1以上20～30℃，保温2～4h，使片状渗碳体发生不完全溶解断开成细小的链状或点状，弥散分布在奥氏体基体上，在随后的缓冷过程中，或以原有的细小的渗碳体质点为核心，或在奥氏体中富碳区域产生新的核心，形成均匀的颗粒状渗碳体
均匀化退火（扩散退火） 将工件加热到1100℃左右，保温10～15h，随炉缓冷到350℃，再出炉空冷。工件经均匀化退火后，奥氏体晶粒十分粗大，必须进行一次完全退火或正火来细化晶粒，消除过热缺陷。
去应力退火 将工件随炉缓慢加热到500～650℃，保温，随炉缓慢冷却至200℃出炉空冷。主要用于消除加工应力。
再结晶退火 将材料加热至再结晶温度以上，保温后缓慢冷却的工艺方法。
完全退火用于亚共析碳钢和合金钢的铸、锻件；等温退火用于奥氏体比较稳定的合金钢；球化退火用于共析钢、过共析钢和合金工具钢；均匀化退火用于高质量要求的优质高合金钢的铸锭和成分偏析严重的合金钢铸件；去应力退火用于铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机加工件；再结晶退火主要用于去除加工硬化。
2、正火：
将亚共析碳钢加热到Ac3以上30～50℃，过共析碳钢加热到Accm以上30～50℃，保温，空气中冷却的方法称为正火。适用于碳素钢及中、低合金钢，因为高合金钢的奥氏体非常稳定，即使在空气中冷却也会获得马氏体组织。对于低碳钢、低碳低合金钢，细化晶粒，提高硬度（140～190HBS），改善切削加工性能；对于过共析钢，消除二次网状渗碳体，有利于球化退火的进行。
（2）残留应力退火
一般机械製品於加工面总是免不了会有残留应力的存在，若製品未经适当应力退火处理，在不当的暴露於热源〈例如阳光、热引擎等〉下，会產生变形的现象，另外由残餘应力经常识高度集中在某一局部区域，例如表面，焊接区等，因此会局部降低製品的机械强度。為避免这些问题，我们必须採用残餘应力退火处理。
此处理是将製品缓慢而均匀的加热至一低於向变化点之温度，然后至於此温度一段时间，在缓慢而均匀的逐步冷却下来，在此过程中最重要的是必须保持製品个区域之冷却速度相同，否则冷却后，由於各区冷却速率的差异，会再度造成残餘应力的出现。此点对复杂形状之製品尤其严重。
由於一应力退火乃是利用原子在高温有微小潜变的现象，来重组原子位置以消除应力的存在。因此材料支应力退火温度随著材料之高温潜变能力不同而有所变化。一般对耐潜变之材料。例如低合金钢平常所用之退火温度為595~675℃，但高铬合金钢则在900~1065℃。我们可视情况需要，利用较低的温度与较长的时间，达到与短时间，高温度下处理相同效果支应力消除。
去应力退火处理
去应力退火热处理主要的目的，在於清除因锻造、铸造、机械加工或焊接所產生的残留应力，这种残存应力常导致工件强度降低、经久变形，并对材料韧性、延展性有不良影响，因此弛力退火热处理对於尺寸经度要求严格的工件、有安全顾虑的机械构件事非常重要的。弛力退火的热处理程序係将工件加热到A1点以下的适当温度，保持一段时间（不需像软化退火热处理那麼久）后，徐缓冷却至室温。特别需要注意的是，加热时的速度要缓慢，尤其是大型物件或形状复杂的工件更要特别注意，否则弛力退火的成效会大打折扣。
钢的正火
将钢加热到临界点（AC3、ACcm）以上，进行完全奥氏仜化，然后在空气中冷却，这种热处理工艺，称为正火。
（一）正火工艺
正火的加热温度正化学成份AC3以上50…100℃；过共析钢的加热温度ACcm以上30…50℃。保温时间主要取决于工件有效厚度和加热炉的型式，如在箱式炉中加热时，可以每毫米有效厚度保温一分钟计算。保温后的冷却，一般可在空气中冷却，但一些大型工件或在气温较高的夏天，有时也采用吹风或喷雾冷却。
（二）正火后组织与性能
正火实质上是退火的一个特例。两者不同之处，主要在于冷却速度较快，过冷度较快，因而发生了伪共析转变，使组织中珠光量增多，且珠光柋的片层间距变小。应该指出，某些高合金钢空冷后，能获得贝氏体或马氏体组织，这是由于高合金钢的过冷奥氏体非常稳定，C曲线。
由于正火后的组织上的特点，故正火后的强度、硬度、韧性都比退火后的高，且塑性也并不降低。
正火的应用
正火与退火相比，钢的机械性能高，提价简便，生产周期短，能耗少，故在可能条件下，应优先考虑采用正火处理。目前的应用如下：
1。作为普通结构零件的最终热处理
2。改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性
3。作为中碳结构钢制作的较重要零件的预先热处理。
4。消除过共析钢中风状二次渗碳体，为球化退火作好组织准备
5。对一些大型的或形状较复杂的零件，淬火可能有开裂的危险进，正火也往往代替淬火、回火处理，而作为这类零件的最终热处理。 很*右。此时己不能称其为正火，而称为空淬有关。为了增加低碳钢的硬度，可适当提高正火温度。
钢之退火处理
退火处理一般是指将钢升温至某一温度，浸置一段时间后，再以一特定速率冷却下来之处理。主要目的是软化钢材。有时亦用以改变其他性质或显微结构。常见的退火处理有下列几种
1。 退火温度：
在很多之应用退火处理中，我们只注名所需之退火温度，然后让其在炉中冷却即可。在进行退火处理时，最容易造成失败的原因是未能维持炉中温度之均匀性。越大之炉子越有此种问题。
2。 製程退火：
由於材料经过相等程度冷加工后，会有加工硬化的现象，以至无法做进一步的加工。因此我们必须於製程中加入一退火步骤来消除此种不利的加工硬化现象。此类退火处理统称為製程退火。由於我们仅是想恢復材料之柔软性，不在乎材料之显微及结构内容，故為降低加工程本，一般多採用前面所提过的次临界退火。最常见之退火温度在约低於Ae 11至22℃之间。至於温度的控制只要能保持在不超过Ae 之范围即可。
3。 切削用退火：
不同之显微姊购对材料之切削性质有很大不同的影响。例如5160钢材，若经球化处理则可减少切削刀具之损耗。然而对其他之钢材，球化结构不一定就有较佳之切削性质。一般我们可是材料之含碳量来订出最佳之切削用显微结构。
4。 球化处理
所的球化处理乃是在退火处理后能获得球状之碳化物之一种处理。一般可採用以下几种方法得到。
a。 长时间热浸置於略低於Ae 之温度。
b。 轮番加热�
