熱處理中的“四把火”:退火、正火、淬火、回火是人們所熟知的常規(guī)熱處理，正確、合理地安排它們在整個機(jī)械制造加工過程中的位置，對于改善鋼的切削加工性能，保證零件的質(zhì)量，滿足使用要求，具有重要意義。正火既可以作為Z終熱處理，也可以作為預(yù)備熱處理，在機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用極為廣泛。正火處理的特點及注意事項

根據(jù)GB/T1693-1997正火定義，正火(包括普通正火、二段正火及等溫正火)是將鋼件加熱至Ac3或Accm以上50～80℃(或30～50℃)，保持適當(dāng)時間后在靜止或流動空氣中冷卻(二段正火冷至Ar1附近緩冷;等溫正火為快冷至珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)的溫度等溫以獲得P型組織，然后空冷)的工藝。

正火的加熱溫度根據(jù)常用鋼號的正火加熱溫度，保證加熱獲得奧氏體組織。保溫時間則要依據(jù)鋼材的種類、工件的尺寸、裝爐量、所選用的設(shè)備型號等多種因素確定。正火的冷卻在保證獲得技術(shù)要求(常為硬度)的情況下，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)必須獲得正常穩(wěn)定組織(珠光體產(chǎn)物)。正火工件的冷卻一般為空冷，大件正火也可采用風(fēng)機(jī)冷卻、噴霧冷卻等，以獲得理想的效果。

操作時注意以下要點:

①正火溫度工藝規(guī)范相近的工件，允許同爐處理。

②對表面質(zhì)量要求高的工件加熱應(yīng)采取防止氧化或脫碳的氣體保護(hù)措施。

③工件一般采用工作溫度或稍高于工作溫度裝爐。若互相重疊裝料，應(yīng)相應(yīng)延長保溫時間1/4。

④工件應(yīng)均勻放置在爐膛有效工作區(qū)里。

⑤工件出爐后，應(yīng)散開放置在干燥處空冷，不得將工件堆積，不得放在潮濕處。

正火處理的種類

1、一般正火

一般正火，通常稱為正火或?；?，即將亞共析鋼加熱到Ac3以上某一適宜溫度(一般為Ac3+30~50℃)，保溫一段時間，使鋼充分奧氏體化，形成細(xì)小奧氏體晶粒，消除上一道工序所造成的組織缺陷(粗大鐵素體晶粒、魏氏組織、帶狀組織等)，空冷后得到細(xì)小均勻的等軸鐵素體和珠光體組織，以改善鋼的力學(xué)性能及工藝性能。

目前，在熱軋低碳鋼低合金鋼板生產(chǎn)中所采取的正火處理，絕大部分是一般正火。

2、亞溫正火

亞溫正火，也叫亞臨界正火或相變區(qū)加熱正火，即將低碳合金鋼加熱到Ac1～Ac3之間某一溫度，保溫一定時間，使鋼部分奧氏體化，得到細(xì)小奧氏體和細(xì)小鐵索體組織，隨后空冷得到細(xì)小鐵索體晶粒和珠光體組織。

亞溫正火時，由于有相當(dāng)一部分鐵素體沒有參與組織重結(jié)晶，所以不能消除上一道工序所造成的組織缺陷，因此亞溫正火只適用于沒有組織缺陷的控軋控冷鋼板和正火鋼板。這樣就出現(xiàn)了控軋控冷工藝與亞溫正火結(jié)合的綜合工藝以及一般正火和亞溫正火的兩次正火工藝。

亞溫正火略降低鋼板的強(qiáng)度性能，但可改善塑性和低溫沖擊韌性，對改善冷彎性能也有利。

3、強(qiáng)化正火

強(qiáng)化正火，也叫進(jìn)行控制冷卻的正火，即把控制軋制后的控制冷卻原理應(yīng)用于正火奧氏體化后的冷卻。

其工藝要點是：奧氏體化溫度與一般正火溫度相同，隨后進(jìn)行噴水冷卻到550～700℃，中斷水冷后空冷，得到更細(xì)小的鐵素體和珠光體組織。由于轉(zhuǎn)變溫度降低，珠光體不僅細(xì)化，而且退化，珠光體量也有所增加，甚至有時會出現(xiàn)少量貝氏體組織。

組織的這些變化，與一般正火比較，提高了屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，使延伸率和沖擊韌性降低，但并不降低鋼板低溫沖擊韌性。對成份偏鋼號下限的鋼板或厚鋼板適合采用進(jìn)行控制冷卻的正火。

4、進(jìn)行高溫回火的正火

進(jìn)行高溫回火的正火，對于化學(xué)成份偏鋼號上限的正火鋼板或者會出現(xiàn)貝氏體等中低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的正火鋼板，強(qiáng)度性能往往偏高，而塑性和韌性不合，正火后進(jìn)行高溫回火，雖然強(qiáng)度略有降低，但可提高塑性、沖擊韌性，特別是低溫沖擊韌性和冷彎性能。

正火溫度基本上與一般正火溫度相同，回火溫度為620-680℃。正火后的高溫回火并不需要專用的回火爐，可在正火爐中進(jìn)行，方法是：保持正火溫度進(jìn)行快速回火;或?qū)⒄馉t溫度降至高溫回火溫度，在其中進(jìn)行一般高溫回火。

5、多重正火

多重正火，又叫重復(fù)正火，有三種配合形式：兩次一般正火;一次一般正火和一次亞溫正火配合;一次高溫正火(Ac3+150～200℃)和一次一般正火配合。對低碳低合金鋼板主要采用前兩種多重正火。

6、在線正火

在線正火，也叫在線軋制余熱正火，就是將正火爐放在軋制流水線上，熱軋鋼板在進(jìn)入正火爐之前冷卻到低于550℃，使鋼板進(jìn)入正火爐之前從表面到中心發(fā)生過冷奧氏體轉(zhuǎn)變，從而保汪正火時發(fā)生組織重結(jié)晶，得到所要求的組織和性能。在線正火多進(jìn)行一般正火。

7、形變正火

形變正火，形變正火控制軋制的主要作用是細(xì)化組織，改善鋼的性能，它的作用與正火的作用相同，多代替正火應(yīng)用于低碳低合金鋼板，所以從廣義上也叫做形變正火。

真正的形變正火是將形變與正火結(jié)合起來的工藝。將低碳低合金鋼加熱到一般正火溫度(900-950℃)，在Ar3以上進(jìn)行一定量的形變后空冷，在正火加熱時得到的細(xì)小奧氏體晶粒的基礎(chǔ)上通過形變在奧氏體晶粒中形成形變帶，從而進(jìn)一步細(xì)化正火后鐵素體晶粒，提高鋼的強(qiáng)韌性。形變正火也叫NIC法。

8、在線軋制余熱形變正火

在線軋制余熱形變正火，也叫SHT法，其工藝要點是：熱軋鋼板在流水線上冷卻到550℃以下后，進(jìn)入正火爐加熱到正火溫度(900-950℃)，出爐后在Ar3以上進(jìn)行一定量的形變，隨后空冷，得到更細(xì)小的鐵索體和珠光體組織，從而提高鋼的強(qiáng)韌性。

正火處理的種類繁多，生產(chǎn)上選擇正火工藝時，應(yīng)由鋼板的技術(shù)要求、生產(chǎn)中存在的問題、鋼的化學(xué)成份和生產(chǎn)條件決定。正火工藝參數(shù)的確定，除以上四個因素外，還要考慮鋼板的厚度。正火處理的應(yīng)用場合

1、用于低碳鋼

低碳鋼由于退火后硬度太低，切削加工時產(chǎn)生粘刀的現(xiàn)象，切削性能差，正火后硬度略高于退火，韌性也較好，可作為切削加工的預(yù)備熱處理。

2、用于中碳鋼

正火代替退火可提高零件的力學(xué)性能;一些受力不大的工件，正火可代替調(diào)質(zhì)處理作為Z終熱處理，簡化熱處理工藝;也可作為用感應(yīng)加熱方法進(jìn)行表面淬火前的預(yù)備熱處理。

3、用于工具鋼、軸承鋼等

過共析鋼球化退火前進(jìn)行一次正火，過共析鋼正火加熱到Acm以上，使原先呈網(wǎng)狀的滲碳體全部溶入到奧氏體，然后用較快的速度冷卻，抑制滲碳體在奧氏體晶界的析出，可以消除或抑制網(wǎng)狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織。

4、用于球墨鑄鐵

得到珠光體基體，使硬度、強(qiáng)度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)的曲軸、連桿等重要零件。

5、用于大型鍛件

可作為Z后熱處理，從而避免淬火時較大的開裂傾向。

6、用于消除熱加工缺陷

中碳構(gòu)鋼鑄、鍛、扎件以及焊接件在加熱加工后易出現(xiàn)粗大晶粒等過熱缺陷和帶狀組織。通過正火處理可以消除這些缺陷組織，達(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力的目的。例如，焊接件要求焊縫強(qiáng)度的零件用正火來改善焊縫組織，保證焊縫強(qiáng)度。

尤其是對于氣焊焊口采用正火加高溫回火熱處理，這是因為氣焊的焊縫及熱影響區(qū)的晶粒粗大，需要細(xì)化晶粒，故采用正火處理。然而單一的正火不能消除殘余應(yīng)力，故需再加高溫回火以消除應(yīng)力。

7、用于熱處理過程中返修零件的處理

例如零件淬火處理后產(chǎn)生過熱、硬度不足、軟點等缺陷時，可以通過正火處理，然后用重新淬火的方法予以補(bǔ)救。要求力學(xué)性能指標(biāo)的結(jié)構(gòu)零件必須正火后進(jìn)行調(diào)質(zhì)才能滿足力學(xué)性能要求。中、高合金鋼和大型鍛件正火后必須加高溫回火來消除正火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。正火處理的缺陷和補(bǔ)救措施

1、網(wǎng)狀碳化物

產(chǎn)生原因：過共析鋼正火冷卻速度不夠快時，碳化物呈網(wǎng)狀或斷續(xù)網(wǎng)狀分布在奧氏體晶界。這種缺陷多發(fā)生在截面尺寸較大的工件中。

對策：加快冷卻速度，采用鼓風(fēng)冷卻、噴淋水冷等。

2、粗大魏氏組織

產(chǎn)生原因：加熱溫度過高，奧氏體晶粒粗大，冷速又較快的中碳鋼中常出現(xiàn)粗大魏氏組織，其鐵素體呈片狀按羽毛或三角形分布在原奧氏體晶粒內(nèi)。

對策：可通過完全退火或重新正火使晶粒細(xì)化。

3、帶狀組織

產(chǎn)生原因：亞共析鋼中的鐵素體和珠光體呈帶狀交替分布。鍛壓或軋制時，枝晶偏析沿變形方向呈條狀或帶狀分布。正火冷卻過程中，由于冷卻速度較慢，先在這些部位形成鐵素體，碳被排擠到枝干形成珠光體。

對策：加快正火冷卻速度，可減輕帶狀組織。

4、零件產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力和變形

產(chǎn)生原因：零件形狀復(fù)雜，由于正火冷卻速度較快，使零件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力和變形，甚至開裂。

對策：以采用退火為宜。

正火處理新工藝的利用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新產(chǎn)品、新工藝不斷涌現(xiàn)，正火新工藝的利用也越來越多。例如，對于中厚板采用普通正火，雖然提高了鋼板的韌性，但是會降低強(qiáng)度，所以需要對正火處理進(jìn)行調(diào)整。

為防止很多鋼板正火后強(qiáng)度大幅降低，目前國內(nèi)武鋼、重鋼、太鋼等都開發(fā)了正火+控制冷卻的工藝，利用爐后淬火機(jī)或簡易水冷設(shè)施等進(jìn)行正火后弱水冷(水霧等)的工藝，可較好地彌補(bǔ)鋼板的強(qiáng)度損失，依據(jù)太鋼經(jīng)驗，鋼板強(qiáng)度可提高10MPa。

對于控制冷卻后鋼板性能波動較大的鋼種或ASTM(美國材料與試驗協(xié)會)中規(guī)定正火后加速冷卻必須回火的鋼種還可應(yīng)用正火+控冷+回火工藝。

再如，汽車滲碳齒輪鋼鍛坯傳統(tǒng)的預(yù)備熱處理是普通正火，鑒于普通正火處理，因鋼材成分波動和季節(jié)環(huán)境變化，使正火鋼件切削性能惡化，出現(xiàn)打刀、燒刀現(xiàn)象，并使齒輪切削加工殘余應(yīng)力加大，從而不僅加大齒輪生產(chǎn)成本，而且破壞了滲碳后淬火后的變形規(guī)律，使變形增大，增大了運行時的噪聲，成為滲碳齒輪生產(chǎn)中的老大難問題。

1994年長春工業(yè)大學(xué)研發(fā)了我國diyi代等溫正火生產(chǎn)線，并成功處理出一汽大眾德方認(rèn)可的合格生產(chǎn)線。此后，等溫正火被不斷研究、改進(jìn)和推廣，已成為我國滲碳齒輪鋼鍛坯的主導(dǎo)工藝。

目前，又出現(xiàn)了以鑄、鍛、扎余熱進(jìn)行等溫正火的新工藝。它可以取代普通正火和等溫正火處理，不僅可節(jié)省能源和縮短生產(chǎn)周期，而且產(chǎn)品質(zhì)量還大幅度提高，提高了切削加工精度，又延長了齒輪刀具的使用壽命，并使齒輪Z終成品變形減小且規(guī)律穩(wěn)定，顯著降低車輛運行的機(jī)械噪聲而提高整車質(zhì)量。

在熱處理領(lǐng)域中操作者的技術(shù)水平和責(zé)任心是非常重要的，因此，作為熱處理技術(shù)人員要多學(xué)習(xí)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，努力提高自身素質(zhì)和技術(shù)水平，使熱處理更充分發(fā)揮材料的性能潛力，延長零件的使用壽命，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

  2018-07-05 12902