概述
球化退火(Spheroidizing annealing):球化退火是使鋼中碳化物(滲碳體Fe3C)球化而進行的退火工藝。
將鋼加熱到Ac1以上20~30℃,保溫一段時間,然後緩慢冷卻到略低於Ac1的溫度,並停留一段時間,使組織轉變完成,得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。
適用範圍
球化退火主要適用於共析鋼和過共析鋼,如
碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。這些鋼經軋制、鍛造後空冷,所得組織是片層狀
珠光體與網狀
滲碳體,這種組織硬而脆,不僅難以切削加工,且在以後
淬火過程中也容易變形和開裂。而經球化退火得到的是球狀珠光體組織,其中的滲碳體呈球狀顆粒,彌散分布在鐵素體基體上,和片狀珠光體相比,不但硬度低,便於切削加工,而且在淬火加熱時,奧氏體晶粒不易長大,冷卻時工件變形和開裂傾向小。另外對於一些需要改善冷塑性變形(如衝壓、冷鐓等)的亞共析鋼有時也可採用球化退火。
球化退火加熱溫度為Ac1+(20~40)℃或Acm-(20~30)℃,保溫後等溫冷卻或直接緩慢冷卻。在球化退火時奧氏化是“不完全”的,只是片狀珠光體轉變成奧氏體,及少量過剩碳化物溶解。因此,它不可能消除網狀碳化物,如過共析鋼有網狀碳化物存在,則在球化退火前須先進行
正火,將其消除,才能保證球化退火正常進行。
工藝方法
球化退火工藝方法很多,最常用的兩種工藝是普通球化退火和等溫球化退火。普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上20~30℃,保溫適當時間,然後隨爐緩慢冷卻,冷到500℃左右出爐空冷。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫後,隨爐冷卻到略低於Ar1的溫度進行等溫,等溫時間為其加熱保溫時間的1.5倍。等溫後隨爐冷至500℃左右出爐空冷。和普通球化退火相比,等溫球化退火不僅可縮短周期,而且可使
球化組織均勻,並能嚴格地控制退火後的硬度。
球化退火主要用於過共析的碳鋼及合金工具鋼(如製造刃具,量具,模具所用的鋼種)。其主要目的在於降低硬度,改善
切削加工性,並為以後淬火作好準備。 這種工藝有利於塑性加工和切削加工,還能提高機械韌性。尤其對於軸承鋼、工具鋼等鋼種而言,如在淬火前實施球化退火,即可獲得下列效果:
軸承鋼:淬火效果均一;減少淬火變形;提高淬火硬度;改善工件切削性能;提高耐磨性和抗點蝕性等軸承的性能。
工具鋼:淬火效果均一;抑制淬裂、淬彎等現象;提高耐磨性、刀刃鋒利程度及使用壽命。
根據鋼種和退火目的,球化退火可分以下幾種:
(1)普通球化退火,即將鋼加熱到730~740℃保溫足夠時間,然後以小於20℃/h的速度緩冷到650℃出爐。這種退火工藝適用於共析成分附近的碳素工具鋼。
(2)周期球化退火,也叫循環退火。它是在A點附近的溫度反覆進行加熱和冷卻,一般進行3~4個周期,使片狀珠光體在幾次溶解一析出的反覆過程中,碳化物得以球化。該工藝生產周期較長,操作不方便,難以控制,適用於片狀珠光體比較嚴重的鋼。
(3)等溫球化退火。一般加熱到800±10℃,保溫後快冷到700±10℃(A1附近)再進行較長時間保溫,之後,以30~50℃/h的速度冷卻到600℃出爐。一般軸承鋼多採用此工藝。
(4)變形-球化退火。將塑性變形與球化退火工藝結合在一起,由於塑性變形的作用,鋼內位錯密度和畸變能增加,促使片狀碳化物在退火時加速溶斷和球化,從而加快球化速度,縮短球化退火時間。
根據變形制度的不同,又可分為:
(1)將鋼材加熱到Acm和Ac1,之間的溫度進行塑性變形,然後冷卻到稍低於Ac1,溫度進行球化退火;
(2)鋼材在高溫終軋後快冷到一定溫度後直接進行等溫處理的球化退火;
(3)鋼材冷變形後加熱到稍低於Ac1,溫度而進行的球化退火。
球化退火的加熱溫度是影響球化程度完全與否的關鍵因素。加熱溫度選擇合適,既能保證片狀珠光體消失,又能保留一部分未完全溶於奧氏體的碳化物,作為球化核心,最終形成較粗大的顆粒狀碳化物的正常球化組織。奧氏體化溫度很高時,碳化物全部溶解並均勻化,冷卻後總是得到片狀珠光體。冷卻速度直接影響著碳化物顆粒的大小和均勻性。冷卻太快,碳化物顆粒太細,並有形成片狀碳化物的可能,使硬度偏高。冷卻過慢時碳化物顆粒又過於粗大。
球化前的珠光體細薄、碳化物細小而分散時,經形變熱處理而得到的退化珠光體組織等最易於球化,並能縮短球化時間,提高球化質量和鋼的疲勞壽命。