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正火

正火是种改善钢材韧性的热处理。将钢构件加热到Ac3温度以上3050℃后,保温一段时间出炉空冷。主要特点是冷却速度快于退火而低于淬火,正火时可在稍快的冷却中使钢材的结晶晶粒细化,不但可得到满意的强度,而且可以明显提高韧性(AKV值),降低构件的开裂倾向。些低合金热轧钢板、低合金钢锻件与铸造件经正火处理后,材料的综合力学性能可以大大改善,而且也改善了切削性能。 [1]

正火,又称常化,是将工件加热至Ac3(Ac是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度,一般是从727℃到912℃之间)或Acm(Acm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线 )以上30~50℃,保温一段时间后,从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快,因而正火组织要比退火组织更细一些,其机械性能也有所提高。另外,正火炉外冷却不占用设备,生产率较高,因此生产中尽可能采用正火来代替退火。对于形状复杂的重要锻件,在正火后还需进行高温回火(550-650℃)高温回火的目的在于消除正火冷却时产生的应力,提高韧性和塑性。 [2]

正火的主要应用范围有:

①用于低碳钢,正火后硬度略高于退火,韧性也较好,可作为切削加工的预处理。

②用于中碳钢,可代替调质处理(淬火+高温回火)作为最后热处理,也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。

③用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等,可以消降或抑制网状碳化物的形成,从而得到球化退火所需的良好组织。

④用于铸钢件,可以细化铸态组织,改善切削加工性能。

⑤用于大型锻件,可作为最后热处理,从而避免淬火时较大的开裂倾向。

⑥用于球墨铸铁,使硬度、强度、耐磨性得到提高,如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。

⑦过共析钢球化退火前进行一次正火,可消除网状二次渗碳体,以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。

正火后的组织:亚共析钢为铁素体+珠光体,共析钢为珠光体,过共析钢为珠光体+二次渗碳体,且为不连续。

正火主要用于钢铁工件。一般钢铁正火与退火相似,但冷却速度稍大,组织较细。有些临界冷却速度很小的钢,在空气中冷却就可以使奥氏体转变为马氏体,这种处理不属于正火性质,而称为空冷淬火。与此相反,一些用临界冷却速度较大的钢制作的大截面工件,即使在水中淬火也不能得到马氏体,淬火的效果接近正火。钢正火后的硬度比退火高。正火时不必像退火那样使工件随炉冷却,占用炉子时间短,生产效率高,所以在生产中一般尽可能用正火代替退火。对于含碳量低于0.25%的低碳钢,正火后达到的硬度适中,比退火更便于切削加工,一般均采用正火为切削加工作准备。对含碳量为0.25~0.5%的中碳钢,正火后也可以满足切削加工的要求。对于用这类钢制作的轻载荷零件,正火还可以作为最终热处理。高碳工具钢和轴承钢正火是为了消除组织中的网状碳化物,为球化退火作组织准备。

普通结构零件的最终热处理 ,由于正火后工件比退火状态具有更好的综合力学性能,对于一些受力不大、性能要求不高的普通结构零件可将正火作为最终热处理,以减少工序、节约能源、提高生产效率。此外,对某些大型的或形状较复杂的零件,当淬火有开裂的危险时,正火往往可以代替淬火、回火处理,作为最终热处理。

(1)去除材料的内应力

(2)调整材料的硬度(一般为提高),塑性略降低

这样是为了接下来的加工做准备。和退火差不多的作用,只是为了提高效率,降低成本。

(1)正火的冷却速度较退火快,得到的珠光体组织的片层间距较小,珠光体更为细薄,目的是使钢的组织正常化,所以亦称常化处理。例如,含碳小于0.4%时,可用正火代替完全退火。

(2)正火和完全退火相比,能获得更高的强度和硬度。

(3)正火生产周期较短,设备利用率较高,节约能源,成本较低,因此得到了广泛的应用。 [3]

退火与正火属于同一类型热处理。在实际生产中,退火与正火的选择主要从以下三个方面来考虑。

1.从切削加工性考虑

金属的切削加工性能,包括硬度、切屑脆性、加工表面粗糙度及对刀具的磨损等。一般说来,金属的硬度在170-230HBW范围内,切削性能较好。硬度过高,不但难以加工,而且使刀具很快磨损;硬度过低,切削时易造成粘刀及切屑缠绕,降低刀其寿命,且切削表面粗糙。在一般生产中,低,中碳结构钢以正火作为预备热处理较为合适,高碳结构钢(如轴承钢)和工具钢则以退火(球化退火)为好。对于合金钢,由于含有合金元素,钢的硬度有所提高,所以在大多数情况下,中碳以上的合金钢常选用退火。

2.从使用性能考虑

如果对钢件的性能要求不太高,可采用正火作为最终热处理。但如果零件尺寸较大或形状较复杂,正火有可能使零件产生较大的残余力或变形、开裂,这时应选择退火对力学性能要求较高,必频进行淬火+回火最终热处理零件,从减少变形和开裂的倾向性来说、预备热处理应选用退火。

3.从经济上考虑

正火比退火生产周期短,且操作简便。放在可能条件下,特别是在大批量生产时应优先考虑以正火代替退火。 [2]

钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理两大类。常用的整体热处理有退火,正火、淬火和回火;表面热处理可分为表面淬火与化学热处理两类。

正火是将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温适当时间后,在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的主要目的是细化组织,改善钢的性能,获得接近平衡状态的组织。

正火与退火工艺相比,其主要区别是正火的冷却速度稍快,所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火同样能达到零件性能要求时,尽可能选用正火。大部分中、低碳钢的坯料一般都采用正火热处理。一般合金钢坯料常采用退火,若用正火,由于冷却速度较快,使其正火后硬度较高,不利于切削加工。

(1)作为最终热处理:

1)可以细化奥氏体晶粒,使组织均匀化。

2)减少亚共析钢中铁素体的含量,使珠光体含量增多并细化,从而提高钢的强度、硬度和韧性。

3)对于普通结构钢零件,如含碳0.4%~0.7%时,并且力学性能要求不很高时,可以正火作为最终热处理。

4)为改善一些钢种的板材、管材、带材和型钢的力学性能,可将正火作为最终热处理。

(2)作为预先热处理:

1)截面较大的合金结构钢件,在淬火或调质处理(淬火加高温回火)前常进行正火,以消除魏氏组织和带状组织,并获得细小而均匀的组织。

2)对于过共析钢可减少二次渗碳体量,并使其不形成连续网状,为球化退火作组织
  准备。

3)对于大型锻件和较大截面的钢材,可先正火而为淬火作好组织准备。

(3)改善切削加工性能:低碳钢或低碳合金钢退火后硬度太低,不便于切削加工。正火可提高其硬度,改善其切削加工性能。

(4)改善和细化铸钢件的铸态组织。

(5)对某些大型、重型钢件或形状复杂、截面有急剧变化的钢件,若采用淬火的急冷将发生严重变形或开裂,在保证性能的前提下可用正火代替淬火。 [3]


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