3.2　鋼的退火與正火

零件生產的過程是由許多道工序所組成的，在生產工序路線中為了達到良好的工藝效果，常會穿插多次熱處理，而熱處理可以分為兩類：一類是預備熱處理，即消除毛坯生產缺陷、為改善切削加工性、為最終熱處理作準備的熱處理，一般包括退火、正火、調質等；另一類是最終熱處理，即最終已能滿足工件使用性能的熱處理，一般包括淬火、回火及表面熱處理。

3.2.1　退火

退火是將鋼加熱到適當的溫度，保溫一定時間后緩慢冷卻（如隨爐冷卻），以改善組織、提高工藝性能的一種熱處理工藝。

常用退火方法：完全退火、等溫退火、均勻化退火、球化退火和去應力退火。

（1）完全退火和等溫退火

完全退火是將鋼加熱至A_c3+（30～50）℃完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態組織的退火工藝。其主要用于亞共析碳鋼和合金鋼的鑄件、鍛件和焊件等。完全退火不能用于過共析鋼，因為加熱至完全奧氏體化后，在緩冷過程中有網狀的二次滲碳體沿奧氏體晶界析出，嚴重削弱鋼晶粒間結合力，降低鋼的強度和韌性，故應盡量避免。

等溫退火是將鋼加熱至高于A_c3或A_c1的適當溫度（550～700℃），保溫一定時間后，較快地冷卻到高溫轉變區間的某一溫度等溫保持，使奧氏體轉變為珠光體型產物，然后在空氣中冷卻的退火工藝。

完全退火和等溫退火的工藝目的：降低鋼的硬度、改善切削加工；消除內應力、穩定工件尺寸、防止變形和開裂；細化晶粒、改善組織，為以后的熱處理作準備。它們的工藝目的相同，但等溫退火縮短了近1/3退火時間，工件氧化、脫碳傾向較小，尤其是對于大型鑄鍛件和高合金鋼的組織和性能生產有優勢。

（2）均勻化退火

為消除鋼錠、鑄鍛件毛坯的偏析（成分不均勻）缺陷，常將其加熱至固相線以下100～200℃，長時間保溫（10～15h），然后緩慢冷卻至室溫的退火工藝稱為均勻化退火。

鋼經均勻化退火后，晶粒粗大現象較嚴重，故還應進行等溫退火或正火。均勻化退火消耗時間長、成本高，主要用于質量要求高的優質合金鋼鑄錠和鍛件。

（3）球化退火

球化退火是將鋼加熱到A_c1+（20～30）℃，充分保溫使未溶二次滲碳體球化，然后隨爐緩慢冷卻，或在A_r1以下20℃左右進行較長時間保溫，使珠光體中的滲碳體球化，隨后出爐空冷的退火工藝。

球化退火主要用于共析鋼和過共析鋼，其主要目的是使鋼中滲碳體球化降低硬度，改善切削加工性能，同時為后續淬火做好組織準備。這種在鐵素體基體上均勻分布著球狀滲碳體的混合組織稱為球化體（球狀珠光體）。

對于有網狀二次滲碳體的過共析鋼，在球化退火之前應進行一次正火，以消除粗大的網狀滲碳體。

近年來，球化退火工藝應用于亞共析鋼也取得較好的效果，只要工藝控制恰當，同樣可使滲碳體球化，從而有利于冷成形加工。

（4）去應力退火（低溫退火）

去應力退火是將鋼件加熱到500～650℃，保溫一定的時間，然后隨爐緩慢冷卻到近200℃，再出爐空冷的退火工藝。

去應力退火并不產生相變，但主要用于消除冷加工件、鑄件、焊接結構件中的殘余內應力，達到穩定尺寸、防止工件的變形和開裂的工藝效果。去應力退火后的冷卻應盡量緩慢，以免產生新的應力。

3.2.2　正火

正火是將鋼加熱到A_c3（亞共析鋼）或A_ccm（過共析鋼）以上30～50℃，保溫一定時間，隨后在空氣中冷卻的熱處理工藝。

正火和退火的工藝目的基本相同，主要區別是冷卻速度稍快，珠光體組織較細小，故正火后工件的強度和硬度要比退火的高。45鋼退火、正火后的力學性能比較如表3-3所示。

正火具有生產周期短、耗能低、操作簡便等優點，故一般生產中盡可能采用正火代替退火；而當零件形狀較復雜時，為避免冷卻速度較快出現開裂的危險，則采用退火為宜。鋼的退火、正火組織如圖3-11、圖3-12所示。

正火可以消除鑄造或鍛造生產中的過熱缺陷，細化晶粒、均勻組織，獲得較高的力學性能，能滿足力學性能要求不高的零件性能要求，可以是普通結構件的最終熱處理，能改善低碳鋼和低碳合金鋼的切削加工性。

金屬材料硬度為160～230HBS時，切削加工性能好。硬度過高，則難以切削加工，而且刀具易磨損，能量耗費也大；硬度過低，則加工易粘刀，使刀具發熱和磨損，且降低加工零件表面光潔度。如圖3-13所示，圖中陰影處表示切削加工性能較好的硬度區，而低碳合金鋼退火硬度一般都在160HBS以下，切削加工性能不良；選用正火，由于珠光體量增加，片層間距變細，從而改善了切削加工性能。

正火常用來為較重要零件進行預先熱處理。例如，對中碳結構鋼正火，可使一些不正常的組織變為正常組織，消除熱加工所造成的組織缺陷，并且它對減小工件淬火變形與開裂、提高淬火質量有積極作用。

正火可消除過共析鋼中的網狀二次滲碳體，為球化退火做組織準備。因為正火冷卻速度比較快，二次滲碳體來不及沿A晶界呈網狀析出，保證后續球化退火的工藝效果，如圖3-14所示。

對一些大型或形狀復雜的零件，淬火可能有開裂的危險，正火也往往代替淬火、回火處理，作為這些零件的最終熱處理。