退火方法

退火的一個(gè)最主要工藝參數(shù)是最高加熱溫度（退火溫度），大多數(shù)合金的退火加熱溫度的選擇是以該合金系的相圖為基礎(chǔ)的，如碳素鋼以鐵碳平衡圖為基礎(chǔ)（圖1）。各種鋼(包括碳素鋼及合金鋼)的退火溫度，視具體退火目的的不同而在各該鋼種的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一溫度。各種非鐵合金的退火溫度則在各該合金的固相線溫度以下、固溶度線溫度以上或以下的某一溫度。

退火重結(jié)晶退火——完全退火

應(yīng)用于平衡加熱和冷卻時(shí)有固態(tài)相變(重結(jié)晶)發(fā)生的合金。其退火溫度為各該合金的相變溫度區(qū)間以上或以內(nèi)的某一溫度。加熱和冷卻都是緩慢的。合金于加熱和冷卻過程中各發(fā)生一次相變重結(jié)晶，故稱為重結(jié)晶退火，常被簡稱為退火。

這種退火方法，相當(dāng)普遍地應(yīng)用于鋼。鋼的重結(jié)晶退火工藝是：緩慢加熱到Ac3（亞共析鋼）或Ac1（共析鋼或過共析鋼）以上30～50℃，保持適當(dāng)時(shí)間，然后緩慢冷卻下來。通過加熱過程中發(fā)生的珠光體（或者還有先共析的鐵素體或滲碳體）轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體（第一回相變重結(jié)晶）以及冷卻過程中發(fā)生的與此相反的第二回相變重結(jié)晶，形成晶粒較細(xì)、片層較厚、組織均勻的珠光體(或者還有先共析鐵素體或滲碳體)。退火溫度在Ac3以上（亞共析鋼）使鋼發(fā)生完全的重結(jié)晶者，稱為完全退火，退火溫度在Ac1與Ac3之間 (亞共析鋼)或Ac1與Acm之間（過共析鋼），使鋼發(fā)生部分的重結(jié)晶者，稱為不完全退火。前者主要用于亞共析鋼的鑄件、鍛軋件、焊件，以消除組織缺陷（如魏氏組織、帶狀組織等），使組織變細(xì)和變均勻，以提高鋼件的塑性和韌性。后者主要用于中碳和高碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛軋件。此種鍛、軋件若鍛、軋后的冷卻速度較大時(shí)，形成的珠光體較細(xì)、硬度較高；若停鍛、停軋溫度過低，鋼件中還有大的內(nèi)應(yīng)力。此時(shí)可用不完全退火代替完全退火，使珠光體發(fā)生重結(jié)晶，晶粒變細(xì)，同時(shí)也降低硬度，降低內(nèi)應(yīng)力，改善被切削性。此外，退火溫度在Ac1與Acm之間的過共析鋼球化退火，也是不完全退火。

重結(jié)晶退火也用于非鐵合金，例如鈦合金于加熱和冷卻時(shí)發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，低溫為 α相(密排六方結(jié)構(gòu))，高溫為 β相（體心立方結(jié)構(gòu)），其中間是“α β”兩相區(qū)，即相變溫度區(qū)間。為了得到接近平衡的室溫穩(wěn)定組織和細(xì)化晶粒，也進(jìn)行重結(jié)晶退火，即緩慢加熱到高于相變溫度區(qū)間不多的溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間，使合金轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪嗟募?xì)小晶粒；然后緩慢冷卻下來，使β相再轉(zhuǎn)變?yōu)棣料嗷颚?β兩相的細(xì)小晶粒 。

退火不完全退火

不完全退火是將鐵碳合金加熱到Ac1-Ac3之間溫度，達(dá)到不完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻的退火工藝。

不完全退火主要適用于中、高碳鋼和低合金鋼鍛軋件等，其目的是細(xì)化組織和降低硬度，加熱溫度為Ac1 (40-60)℃，保溫后緩慢冷卻 。

退火等溫式退火

應(yīng)用于鋼和某些非鐵合金如鈦合金的一種控制冷卻的退火方法。對(duì)鋼來說，是緩慢加熱到 Ac3（亞共析鋼）或 Ac1（共析鋼和過共析鋼）以上不多的溫度，保溫一段時(shí)間，使鋼奧氏體化，然后迅速移入溫度在A1以下不多的另一爐內(nèi)，等溫保持直到奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑢訝钪楣怏w（亞共析鋼還有先共析鐵素體；過共析鋼還有先共析滲碳體）為止，最后以任意速度冷卻下來(通常是出爐在空氣中冷卻)。等溫保持的大致溫度范圍在所處理鋼種的等溫轉(zhuǎn)變圖上A1至珠光體轉(zhuǎn)變鼻尖溫度這一區(qū)間之內(nèi)(見過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖)；具體溫度和時(shí)間，主要根據(jù)退火后所要求的硬度來確定（圖2）。等溫溫度不可過低或過高，過低則退火后硬度偏高；過高則等溫保持時(shí)間需要延長。鋼的等溫退火的目的，與重結(jié)晶退火基本相同，但工藝操作和所需設(shè)備都比較復(fù)雜，所以通常主要是應(yīng)用于過冷奧氏體在珠光體型相變溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變相當(dāng)緩慢的合金鋼。后者若采用重結(jié)晶退火方法，往往需要數(shù)十小時(shí)，很不經(jīng)濟(jì)；采用等溫退火則能大大縮短生產(chǎn)周期，并能使整個(gè)工件獲得更為均勻的組織和性能。等溫退火也可在鋼的熱加工的不同階段來用。例如，若讓空冷淬硬性合金鋼由高溫空冷到室溫時(shí)，當(dāng)心部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體之時(shí)，在已發(fā)生了馬氏體相變的外層就會(huì)出現(xiàn)裂紋；若將該類鋼的熱鋼錠或鋼坯在冷卻過程中放入700℃左右的等溫爐內(nèi)，保持等溫直到珠光體相變完成后，再出爐空冷，則可免生裂紋。

含β相穩(wěn)定化元素較高的鈦合金，其β相相當(dāng)穩(wěn)定，容易被過冷。過冷的β相，其等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線（圖3）與鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖相似。為了縮短重結(jié)晶退火的生產(chǎn)周期并獲得更細(xì)、更均勻的組織，亦可采用等溫退火 。

退火均勻化退火

亦稱擴(kuò)散退火。應(yīng)用于鋼及非鐵合金（如錫青銅、硅青銅、白銅、鎂合金等）的鑄錠或鑄件的一種退火方法。將鑄錠或鑄件加熱到各該合金的固相線溫度以下的某一較高溫度，長時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻下來。均勻化退火是使合金中的元素發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散，來減輕化學(xué)成分不均勻性（偏析），主要是減輕晶粒尺度內(nèi)的化學(xué)成分不均勻性（晶內(nèi)偏析或稱枝晶偏析）。均勻化退火溫度所以如此之高，是為了加快合金元素?cái)U(kuò)散，盡可能縮短保溫時(shí)間。合金鋼的均勻化退火溫度遠(yuǎn)高于Ac3，通常是1050～1200℃。非鐵合金錠進(jìn)行均勻化退火的溫度一般是“0.95×固相線溫度(K)”，均勻化退火因加熱溫度高，保溫時(shí)間長，所以熱能消耗量大 。

退火球化退火

只應(yīng)用于鋼的一種退火方法。將鋼加熱到稍低于或稍高于Ac1的溫度或者使溫度在A1上下周期變化，然后緩冷下來。目的在于使珠光體內(nèi)的片狀滲碳體以及先共析滲碳體都變?yōu)榍蛄?，均勻分布于鐵素體基體中(這種組織稱為球化珠光體)。具有這種組織的中碳鋼和高碳鋼硬度低、被切削性好、冷形變能力大。對(duì)工具鋼來說，這種組織是淬火前最好的原始組織 。

退火去應(yīng)力式退火

去應(yīng)力退火是將工件加熱到Ac1以下的適當(dāng)溫度（非合金鋼在500~600℃），保溫后隨爐冷卻的熱處理工藝稱為去應(yīng)力退火。去應(yīng)力加熱溫度低，在退火過程中無組織轉(zhuǎn)變，主要適用于毛坯件及經(jīng)過切削加工的零件，目的是為了消除毛坯和零件中的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸及形狀，減少零件在切削加工和使用過程中的形變和裂紋傾向 。

(1) 降低硬度，改善切削加工性.

(2)降低殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；

(3)細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。

(4)均勻材料組織和成分，改善材料性能或?yàn)橐院鬅崽幚碜鼋M織準(zhǔn)備。

在生產(chǎn)中，退火工藝應(yīng)用很廣泛。根據(jù)工件要求退火的目的不同，退火的工藝規(guī)范有多種，常用的有完全退火、球化退火、和去應(yīng)力退火等。

將金屬加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻(通常是緩慢冷卻，有時(shí)是控制冷卻)的一種金屬熱處理工藝。

退火球化退火的具體工藝

①普通（緩冷）球化退火，緩冷適用于多數(shù)鋼種，尤其是裝爐量大時(shí)，操作比較方便，但生產(chǎn)周期長；②等溫球化退火，適用于多數(shù)鋼種，特別是難于球化的鋼以及球化質(zhì)量要求高的鋼（如滾動(dòng)軸承鋼）；其生產(chǎn)周期比普通球化退火短，不過需要有能夠控制共析轉(zhuǎn)變前冷卻速率的爐子；③周期球化退火，適用于原始組織為片層狀珠光體組織的鋼，其生產(chǎn)周期也比普通球化退火短，不過在設(shè)備裝爐量大的條件下，很難按控制要求改變溫度，故在生產(chǎn)中未廣泛采用；④低溫球化退火，適用于經(jīng)過冷形變加工的鋼以及淬火硬化過的鋼（后者通常稱為高溫軟化回火）；⑤形變球化退火，形變加工對(duì)球化有加速作用，將形變加工與球化結(jié)合起來，可縮短球化時(shí)間。它適用于冷、熱形變成形的鋼件和鋼材（如帶材）。

退火再結(jié)晶退火工藝

應(yīng)用于經(jīng)過冷變形加工的金屬及合金的一種退火方法。目的為使金屬內(nèi)部組織變?yōu)榧?xì)小的等軸晶粒，消除形變硬化，恢復(fù)金屬或合金的塑性和形變能力（回復(fù)和再結(jié)晶）。若欲保持金屬或合金表面光亮，則可在可控氣氛的爐中或真空爐中進(jìn)行再結(jié)晶退火。

去除應(yīng)力退火 鑄、鍛、焊件在冷卻時(shí)由于各部位冷卻速度不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，金屬及合金在冷變形加工中以及工件在切削加工過程中也產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。若內(nèi)應(yīng)力較大而未及時(shí)予以去除，常導(dǎo)致工件變形甚至形成裂紋。去除應(yīng)力退火是將工件緩慢加熱到較低溫度（例如，灰口鑄鐵是500～550℃，鋼是500～650℃），保溫一段時(shí)間，使金屬內(nèi)部發(fā)生弛豫，然后緩冷下來。應(yīng)該指出，去除應(yīng)力退火并不能將內(nèi)應(yīng)力完全去除，而只是部分去除，從而消除它的有害作用。

還有一些專用退火方法，如不銹耐酸鋼穩(wěn)定化退火；軟磁合金磁場退火；硅鋼片氫氣退火；可鍛鑄鐵可鍛化退火等。

退火半導(dǎo)體退火

半導(dǎo)體芯片在經(jīng)過離子注入以后就需要退火。因?yàn)橥雽?dǎo)體中注入雜質(zhì)離子時(shí)，高能量的入射離子會(huì)與半導(dǎo)體晶格上的原子碰撞，使一些晶格原子發(fā)生位移，結(jié)果造成大量的空位，將使得注入?yún)^(qū)中的原子排列混亂或者變成為非晶區(qū)，所以在離子注入以后必須把半導(dǎo)體放在一定的溫度下進(jìn)行退火，以恢復(fù)晶體的結(jié)構(gòu)和消除缺陷。同時(shí)，退火還有激活施主和受主雜質(zhì)的功能，即把有些處于間隙位置的雜質(zhì)原子通過退火而讓它們進(jìn)入替代位置。退火的溫度一般為200~800C，比熱擴(kuò)散摻雜的溫度要低得多 。

退火蒸發(fā)電極金屬退火

蒸發(fā)電極金屬以后需要進(jìn)行退火，使得半導(dǎo)體表面與金屬能夠形成合金，以接觸良好（減小接觸電阻）。這時(shí)的退火溫度要選取得稍高于金屬-半導(dǎo)體的共熔點(diǎn)（對(duì)于Si-Al合金，為570度） 。2100433B

1、H1×——冷作硬化狀態(tài)（中間退火）。

冷軋中間道次進(jìn)行退火，冷卻后不再進(jìn)行補(bǔ)充熱處理?！癏1”后的數(shù)字表示冷作硬化的程度。

2、H2×——冷作硬化后部分退火狀態(tài)（成品退火）。

不完全退火

應(yīng)變硬化 不完全退火

適用于大加工率后，以最終的部分退火獲得所需要的強(qiáng)度指標(biāo)的制品。對(duì)于在室溫下自然軟化的金，H2、H3對(duì)應(yīng)狀態(tài)具有相同的低應(yīng)力值；對(duì)其他合金H2、H1對(duì)應(yīng)各狀態(tài)具有相同的最低應(yīng)力值，但H2各狀態(tài)的延伸率稍高?！癏1”后的數(shù)字表示經(jīng)部分退火后，冷作硬化保留的程度。

3、H3×——冷作硬化后穩(wěn)定化處理狀態(tài)。

穩(wěn)定化退火

應(yīng)變應(yīng)化 低溫回復(fù)

穩(wěn)定化退火——為使工件中微細(xì)的顯微組成物沉淀或球化的退火。

適用于大冷作量后，以低溫?zé)崽幚矸€(wěn)定力學(xué)性能的產(chǎn)品。穩(wěn)定化處理后，應(yīng)力值稍有降低，塑性有所改善。該狀態(tài)僅適用于不進(jìn)行穩(wěn)定化處理，在室溫下就會(huì)自發(fā)軟化的合金?！癏3”后的數(shù)字表示穩(wěn)定化處理前冷作硬化保留的程度。

退火狀態(tài)退火廢品的產(chǎn)生原因和消除辦法

退火常見的工藝廢品有性能不合格、晶粒粗大及板面油斑三種，其產(chǎn)生原因和消除辦法如下：

1、性能不合格。

產(chǎn)生原因：料卡不符；未正確執(zhí)行工藝；設(shè)備過程故障。

消除辦法：料卡一致，方可裝爐退火；嚴(yán)格執(zhí)行退火工藝；加強(qiáng)巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

2、晶粒粗大

產(chǎn)生原因：加熱速度慢；退火溫度不理想；保溫時(shí)間過長。

消除辦法：對(duì)于3A21合金，采用高溫、快速、短時(shí)退火工藝。

退火狀態(tài)退火的一般原理

冷變形鋁及鋁合金加熱，會(huì)發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶過程，其驅(qū)動(dòng)力是冷變形儲(chǔ)能，即冷變形后的自由能增量。加熱時(shí)，金屬的組織結(jié)構(gòu)將向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)化。使冷變形金屬向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變的熱處理稱為退火。

在退火溫度低、退火時(shí)間短時(shí)，冷變形金屬發(fā)生的主要過程為回復(fù)。

從某一溫度開始，冷變形鋁及鋁合金顯微組織發(fā)生明顯變化，在放大倍數(shù)不太大的光學(xué)顯微鏡下也能觀察到新生的晶粒，這種現(xiàn)象稱為再結(jié)晶。

再結(jié)晶晶粒形成后，若繼續(xù)延長保溫時(shí)間或提高加熱溫度，再結(jié)晶晶粒將粗化。

退火處理完全退火

目的細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力和加工缺陷，降低硬度，改善切削加工性能和冷塑性變形能力。

用以細(xì)化中、低碳鋼經(jīng)鑄造、鍛壓和焊接后出現(xiàn)的力學(xué)性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度以上30～50℃，保溫一段時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發(fā)生轉(zhuǎn)變，即可使鋼的組織變細(xì)。

退火處理球化退火

用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上20～40℃，保溫后緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變?yōu)榍驙睿瑥亩档土擞捕取?h3 class="title-text">退火處理等溫退火

用以降低某些鎳、鉻含量較高的合金結(jié)構(gòu)鋼的高硬度，以進(jìn)行切削加工。一般先以較快速度冷卻到奧氏體最不穩(wěn)定的溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w或索氏體，硬度即可降低。

④再結(jié)晶退火用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的硬化現(xiàn)象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧氏體的溫度以下50～150℃ ，只有這樣才能消除加工硬化效應(yīng)使金屬軟化。

退火處理石墨退火

用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950℃左右，保溫一定時(shí)間后適當(dāng)冷卻，使?jié)B碳體分解形成團(tuán)絮狀石墨。

退火處理擴(kuò)散退火

用以使合金鑄件化學(xué)成分均勻化，提高其使用性能。方法是在不發(fā)生熔化的前提下，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，并長時(shí)間保溫，待合金中各種元素?cái)U(kuò)散趨于均勻分布后緩冷。

退火處理去應(yīng)力退火

用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100～200℃，保溫后在空氣中冷卻，即可消除內(nèi)應(yīng)力。

退火處理不完全退火

加熱溫度在Ac1~Accm之間，冷卻速度：在500~600℃以上時(shí)，碳鋼是100~200℃/h，合金鋼是50~100℃/h，高合金鋼是20~60℃/h，主要用于過共析鋼。

退火處理焊后退火

選用純Fe作填充金屬對(duì)YG30硬質(zhì)合金與45鋼進(jìn)行TIG焊試驗(yàn)。利用掃描電鏡對(duì)退火前后的YG30/焊縫界面區(qū)的組織形貌進(jìn)行分析。結(jié)果表明,工業(yè)純Fe作填充金屬,在1050℃退火后,焊態(tài)的η相不變;在1150℃退火后,開始產(chǎn)生新η相;η相隨退火溫度升高和保溫時(shí)間延長而增加。退火時(shí)新η相成核于WC-γ相界,吞并WC晶粒而長大,分布在WC顆粒的邊界。