3.2　钢的退火与正火

零件生产的过程是由许多道工序所组成的，在生产工序路线中为了达到良好的工艺效果，常会穿插多次热处理，而热处理可以分为两类：一类是预备热处理，即消除毛坯生产缺陷、为改善切削加工性、为最终热处理作准备的热处理，一般包括退火、正火、调质等；另一类是最终热处理，即最终已能满足工件使用性能的热处理，一般包括淬火、回火及表面热处理。

3.2.1　退火

退火是将钢加热到适当的温度，保温一定时间后缓慢冷却（如随炉冷却），以改善组织、提高工艺性能的一种热处理工艺。

常用退火方法：完全退火、等温退火、均匀化退火、球化退火和去应力退火。

（1）完全退火和等温退火

完全退火是将钢加热至A_c3+（30～50）℃完全奥氏体化，随之缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的退火工艺。其主要用于亚共析碳钢和合金钢的铸件、锻件和焊件等。完全退火不能用于过共析钢，因为加热至完全奥氏体化后，在缓冷过程中有网状的二次渗碳体沿奥氏体晶界析出，严重削弱钢晶粒间结合力，降低钢的强度和韧性，故应尽量避免。

等温退火是将钢加热至高于A_c3或A_c1的适当温度（550～700℃），保温一定时间后，较快地冷却到高温转变区间的某一温度等温保持，使奥氏体转变为珠光体型产物，然后在空气中冷却的退火工艺。

完全退火和等温退火的工艺目的：降低钢的硬度、改善切削加工；消除内应力、稳定工件尺寸、防止变形和开裂；细化晶粒、改善组织，为以后的热处理作准备。它们的工艺目的相同，但等温退火缩短了近1/3退火时间，工件氧化、脱碳倾向较小，尤其是对于大型铸锻件和高合金钢的组织和性能生产有优势。

（2）均匀化退火

为消除钢锭、铸锻件毛坯的偏析（成分不均匀）缺陷，常将其加热至固相线以下100～200℃，长时间保温（10～15h），然后缓慢冷却至室温的退火工艺称为均匀化退火。

钢经均匀化退火后，晶粒粗大现象较严重，故还应进行等温退火或正火。均匀化退火消耗时间长、成本高，主要用于质量要求高的优质合金钢铸锭和锻件。

（3）球化退火

球化退火是将钢加热到A_c1+（20～30）℃，充分保温使未溶二次渗碳体球化，然后随炉缓慢冷却，或在A_r1以下20℃左右进行较长时间保温，使珠光体中的渗碳体球化，随后出炉空冷的退火工艺。

球化退火主要用于共析钢和过共析钢，其主要目的是使钢中渗碳体球化降低硬度，改善切削加工性能，同时为后续淬火做好组织准备。这种在铁素体基体上均匀分布着球状渗碳体的混合组织称为球化体（球状珠光体）。

对于有网状二次渗碳体的过共析钢，在球化退火之前应进行一次正火，以消除粗大的网状渗碳体。

近年来，球化退火工艺应用于亚共析钢也取得较好的效果，只要工艺控制恰当，同样可使渗碳体球化，从而有利于冷成形加工。

（4）去应力退火（低温退火）

去应力退火是将钢件加热到500～650℃，保温一定的时间，然后随炉缓慢冷却到近200℃，再出炉空冷的退火工艺。

去应力退火并不产生相变，但主要用于消除冷加工件、铸件、焊接结构件中的残余内应力，达到稳定尺寸、防止工件的变形和开裂的工艺效果。去应力退火后的冷却应尽量缓慢，以免产生新的应力。

3.2.2　正火

正火是将钢加热到A_c3（亚共析钢）或A_ccm（过共析钢）以上30～50℃，保温一定时间，随后在空气中冷却的热处理工艺。

正火和退火的工艺目的基本相同，主要区别是冷却速度稍快，珠光体组织较细小，故正火后工件的强度和硬度要比退火的高。45钢退火、正火后的力学性能比较如表3-3所示。

正火具有生产周期短、耗能低、操作简便等优点，故一般生产中尽可能采用正火代替退火；而当零件形状较复杂时，为避免冷却速度较快出现开裂的危险，则采用退火为宜。钢的退火、正火组织如图3-11、图3-12所示。

正火可以消除铸造或锻造生产中的过热缺陷，细化晶粒、均匀组织，获得较高的力学性能，能满足力学性能要求不高的零件性能要求，可以是普通结构件的最终热处理，能改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性。

金属材料硬度为160～230HBS时，切削加工性能好。硬度过高，则难以切削加工，而且刀具易磨损，能量耗费也大；硬度过低，则加工易粘刀，使刀具发热和磨损，且降低加工零件表面光洁度。如图3-13所示，图中阴影处表示切削加工性能较好的硬度区，而低碳合金钢退火硬度一般都在160HBS以下，切削加工性能不良；选用正火，由于珠光体量增加，片层间距变细，从而改善了切削加工性能。

正火常用来为较重要零件进行预先热处理。例如，对中碳结构钢正火，可使一些不正常的组织变为正常组织，消除热加工所造成的组织缺陷，并且它对减小工件淬火变形与开裂、提高淬火质量有积极作用。

正火可消除过共析钢中的网状二次渗碳体，为球化退火做组织准备。因为正火冷却速度比较快，二次渗碳体来不及沿A晶界呈网状析出，保证后续球化退火的工艺效果，如图3-14所示。

对一些大型或形状复杂的零件，淬火可能有开裂的危险，正火也往往代替淬火、回火处理，作为这些零件的最终热处理。