退火、正火工艺的质量控制优化方案

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：对于过共析钢而言，退火后的组织为珠光体+碳化物，正火时网状碳化物的析出受到抑制，从而得到全部细珠光体，或仅仅沿晶界析出一部分条状碳化物。3）低合金工具钢和轴承钢球化退火后的正常组织应为均匀分布的球化体。一般规定退火与正火后的畸变量应小于其单面加工余量的1/3、1/2或2/3。

1.退火、正火工艺缺陷

（1）氧化、脱碳在空气炉等氧化性气氛中退火或正火加热，容易产生氧化、脱碳现象。在制订工艺路线时应该综合考虑机械切削余量，保证能够加工除去。对于冷挤压产品应该充分考虑工件的防氧化的加热保护，且不能产生增碳。

（2）退火硬度偏高退火时奥氏体化温度低，或装炉量过大、炉温不均匀，冷却速度过快等，易使退火硬度偏高。这种缺陷可以通过重新退火改善。

（3）球化不完全从工艺角度看，主要是加热温度或时间不合理。过高或过低的加热温度都会造成球化不完全。冷却速度一般控制在10～20℃/h，过快的随炉冷却速度也会影响球化体的大小。

（4）网状组织网状组织有网状铁素体和网状碳化物。在亚共析钢中加热温度过高后，冷却速度快容易沿晶界出现网状铁素体。碳素工具钢、高碳高合金模具钢、轴承钢等过共析钢，经热加工后，在钢材冷却过程中，过冷奥氏体缓慢冷却到Ar₁以下时，沿奥氏体晶界析出网状碳化物。图2-10是Cr12MoV锻造以后没有冷却之后再退火，而是采用了高温停锻后立即装入热炉中退火后的组织，可以看到出现大量网状晶界碳化物，网状几乎呈封闭形态。

Cr12MoV锻造余热再退火形成的网状晶界碳化物，往往会遗留到热处理淬火工序以后，造成模具线切割开裂或使用早期碎裂。

（5）伪共析组织正火的冷却速度较快，因此先共析产物（自由铁素体、渗碳体）不能充分析出，即先共析析出相数量较平衡冷却时要少。同时由于奥氏体的成分偏离共析成分而出现伪共析组织。如w（C）=0.4%钢在平衡冷却时为45%铁素体+55%珠光体。而在正火后为30%铁素体+70%珠光体，此时的伪珠光体中w（C）=0.65%。对于过共析钢而言，退火后的组织为珠光体+碳化物，正火时网状碳化物的析出受到抑制，从而得到全部细珠光体，或仅仅沿晶界析出一部分条状碳化物。

图2-10 Cr12MoV锻造余热退火网状组织×400

（6）反常组织反常组织工件在奥氏体化加热后缓慢冷却，在冷却组织中出现晶界网状碳化物和包围这个网状碳化物的铁素体组织。例如，热作模具钢3Cr2W8V、H13采用停锻时的温度过高或者没有采用正确的冷却工艺，即停锻后应该首先快冷到700℃以下，再进行退火处理，反而是采用停锻后立即在Ar₁～Ar_cm温度范围进行余热退火处理。由于锻造温度加热温度过高，高温奥氏体化加热充分，合金碳化物溶解完全，在紧接着的余热退火保温过程中，奥氏体中合金碳化物析出，析出的碳化物在晶界聚集长大，形成网状碳化物，并造成碳化物与晶粒之间形成贫合金、贫碳的铁素体带，即反常组织。碳化物形式有M₂C、M₂₃C₆。

热作模具钢3Cr2W8V、H13形成的碳化物细小，不容易检查，往往容易忽略，如不采用高温正火等工序来消除，这种组织就遗传给最终热处理。

图2-11是3Cr2W8V工件淬火前的退火反常组织。里氏硬度计检测工件的硬度相当于42HRC。这个工件的组织是一个还没有完全完成的反常组织。这是由于工件在锻造退火中的冷却速度还没有十分缓慢，但其形成反常组织的条件已经具备。

图2-11 3Cr2W8V工件淬火前的退火反常组织×250(https://www.chuimin.cn)

a—晶界网状碳化物 b—晶界处网状碳化物两侧出现的网状托氏体组织 c—晶粒内的伪共析珠光体组织

2.退火、正火后的外观要求

工件退火、正火后不得有裂纹、伤痕及严重氧化腐蚀。

3.硬度检测

表面磨去氧化脱碳层后检测硬度，常用布氏硬度计检测。硬度值应在图样或技术文件规定范围内，硬度检测位置应是图样规定位置或工作面。硬度偏差范围应符合GB/T 16923—2008中的相关规定

4.金相组织检测

1）结构钢正火后的金相组织一般为均匀分布的铁素体加片状珠光体。晶粒度为5～8级，大型铸锻件为4～8级。

2）碳素工具钢球化退火后的组织应为珠光体，其球化率分为10级，其中4～6级合格，组织中多为球径在1μm以上的球化体；1～3级是细片状和点状珠光体；7～10级组织中有粗片状珠光体。

3）低合金工具钢和轴承钢球化退火后的正常组织应为均匀分布的球化体。若组织中有点状和细片状珠光体或分布不均匀的粗大球化体及粗片状珠光体，都是不正常组织，检验级别见相关标准。

4）低、中碳钢及中碳合金结构钢球化退火后，其球化体根据JB/T 5074—2007《低、中碳钢球化体评级》，球化率分为6级。1级球化率为零；6级球化率为100%。对于冷镦、冷挤压及冷弯加工的中碳钢和中碳合金结构钢，冷变形量≤80%时，4～6级合格。对于自动机床用钢，易切削钢组织1～4级为合格；低、中碳结构钢及低、中碳合金结构钢1～3级为合格。

5）脱碳层检验方法根据GB/T 224—2008《钢的脱碳层深度测定法》规定进行。脱碳层深度一般不超过毛坯或工件单面加工余量的1/2或2/3。

5.畸变检验

工件的畸变应不影响其后机械加工及使用。一般规定退火与正火后的畸变量应小于其单面加工余量的1/3、1/2或2/3。对于超出这个要求的应该进行工件的变形矫正。

退火、正火工艺的质量控制优化方案

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