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【金相】熱處理工藝--退火
退火是一種金屬熱處理工藝，指的是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻。目的是降低硬度，改善切削加工性；消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。準(zhǔn)確的說，退火是一種對(duì)材料的熱處理工藝，包括金屬材料、非金屬材料。而且新材料的退火目的也與傳統(tǒng)金屬退火存在異同。 退火的目的 (1) 降低硬度，改善切削加工性. (2) 消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向； (3) 細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。 (4) 均勻材料組織和成分，改善材料性能或?yàn)橐院鬅崽幚碜鼋M織準(zhǔn)備。 在生產(chǎn)中，退火工藝應(yīng)用很廣泛。根據(jù)工件要求退火的目的不同，退火的工藝規(guī)范有多種，常用的有完全退火、球化退火、和去應(yīng)力退火等。 退火的方式 退火的一個(gè)最主要工藝參數(shù)是最高加熱溫度（退火溫度），大多數(shù)合金的退火加熱溫度的選擇是以該合金系的相圖為基礎(chǔ)的，如碳素鋼以鐵碳平衡圖為基礎(chǔ)。各種鋼(包括碳素鋼及合金鋼)的退火溫度，視具體退火目的的不同而在各該鋼種的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一溫度。各種非鐵合金的退火溫度則在各該合金的固相線溫度以下、固溶度線溫度以上或以下的某一溫度。 重結(jié)晶退火(完全退火) 應(yīng)用于平衡加熱和冷卻時(shí)有固態(tài)相變(重結(jié)晶)發(fā)生的合金。其退火溫度為各該合金的相變溫度區(qū)間以上或以內(nèi)的某一溫度。加熱和冷卻都是緩慢的。合金于加熱和冷卻過程中各發(fā)生一次相變重結(jié)晶，故稱為重結(jié)晶退火，常被簡(jiǎn)稱為退火。 這種退火方法，相當(dāng)普遍地應(yīng)用于鋼。鋼的重結(jié)晶退火工藝是：緩慢加熱到Ac3（亞共析鋼）或Ac1（共析鋼或過共析鋼）以上30～50℃，保持適當(dāng)時(shí)間，然后緩慢冷卻下來。通過加熱過程中發(fā)生的珠光體（或者還有先共析的鐵素體或滲碳體）轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體（第一回相變重結(jié)晶）以及冷卻過程中發(fā)生的與此相反的第二回相變重結(jié)晶，形成晶粒較細(xì)、片層較厚、組織均勻的珠光體(或者還有先共析鐵素體或滲碳體)。退火溫度在Ac3以上（亞共析鋼）使鋼發(fā)生完全的重結(jié)晶者，稱為完全退火，退火溫度在Ac1與Ac3之間 (亞共析鋼)或Ac1與Acm之間（過共析鋼），使鋼發(fā)生部分的重結(jié)晶者，稱為不完全退火。前者主要用于亞共析鋼的鑄件、鍛軋件、焊件，以消除組織缺陷（如魏氏組織、帶狀組織等），使組織變細(xì)和變均勻，以提高鋼件的塑性和韌性。后者主要用于中碳和高碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛軋件。此種鍛、軋件若鍛、軋后的冷卻速度較大時(shí)，形成的珠光體較細(xì)、硬度較高；若停鍛、停軋溫度過低，鋼件中還有大的內(nèi)應(yīng)力。此時(shí)可用不完全退火代替完全退火，使珠光體發(fā)生重結(jié)晶，晶粒變細(xì)，同時(shí)也降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，改善被切削性。此外，退火溫度在Ac1與Acm之間的過共析鋼球化退火，也是不完全退火。 重結(jié)晶退火也用于非鐵合金，例如鈦合金于加熱和冷卻時(shí)發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，低溫為 α相(密排六方結(jié)構(gòu))，高溫為 β相（體心立方結(jié)構(gòu)），其中間是“α+β”兩相區(qū)，即相變溫度區(qū)間。為了得到接近平衡的室溫穩(wěn)定組織和細(xì)化晶粒，也進(jìn)行重結(jié)晶退火，即緩慢加熱到高于相變溫度區(qū)間不多的溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間，使合金轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪嗟募?xì)小晶粒；然后緩慢冷卻下來，使β相再轉(zhuǎn)變?yōu)棣料嗷颚?β兩相的細(xì)小晶粒。 不完全退火 不完全退火是將鐵碳合金加熱到Ac1-Ac3之間溫度，達(dá)到不完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻的退火工藝。 不完全退火主要適用于中、高碳鋼和低合金鋼鍛軋件等，其目的是細(xì)化組織和降低硬度，加熱溫度為Ac1+(40-60)℃，保溫后緩慢冷卻。 等溫式 應(yīng)用于鋼和某些非鐵合金如鈦合金的一種控制冷卻的退火方法。對(duì)鋼來說，是緩慢加熱到 Ac3（亞共析鋼）或 Ac1（共析鋼和過共析鋼）以上不多的溫度，保溫一段時(shí)間，使鋼奧氏體化，然后迅速移入溫度在A1以下不多的另一爐內(nèi)，等溫保持直到奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑢訝钪楣怏w（亞共析鋼還有先共析鐵素體；過共析鋼還有先共析滲碳體）為止，最后以任意速度冷卻下來(通常是出爐在空氣中冷卻)。等溫保持的大致溫度范圍在所處理鋼種的等溫轉(zhuǎn)變圖上A1至珠光體轉(zhuǎn)變鼻尖溫度這一區(qū)間之內(nèi)(見過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖)；具體溫度和時(shí)間，主要根據(jù)退火后所要求的硬度來確定。等溫溫度不可過低或過高，過低則退火后硬度偏高；過高則等溫保持時(shí)間需要延長(zhǎng)。鋼的等溫退火的目的，與重結(jié)晶退火基本相同，但工藝操作和所需設(shè)備都比較復(fù)雜，所以通常主要是應(yīng)用于過冷奧氏體在珠光體型相變溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變相當(dāng)緩慢的合金鋼。后者若采用重結(jié)晶退火方法，往往需要數(shù)十小時(shí)，很不經(jīng)濟(jì)；采用等溫退火則能大大縮短生產(chǎn)周期，并能使整個(gè)工件獲得更為均勻的組織和性能。等溫退火也可在鋼的熱加工的不同階段來用。例如，若讓空冷淬硬性合金鋼由高溫空冷到室溫時(shí)，當(dāng)心部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體之時(shí)，在已發(fā)生了馬氏體相變的外層就會(huì)出現(xiàn)裂紋；若將該類鋼的熱鋼錠或鋼坯在冷卻過程中放入700℃左右的等溫爐內(nèi)，保持等溫直到珠光體相變完成后，再出爐空冷，則可免生裂紋。 含β相穩(wěn)定化元素較高的鈦合金，其β相相當(dāng)穩(wěn)定，容易被過冷。過冷的β相，其等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線與鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖相似。為了縮短重結(jié)晶退火的生產(chǎn)周期并獲得更細(xì)、更均勻的組織，亦可采用等溫退火。 均勻化 亦稱擴(kuò)散退火。應(yīng)用于鋼及非鐵合金（如錫青銅、硅青銅、白銅、鎂合金等）的鑄錠或鑄件的一種退火方法。將鑄錠或鑄件加熱到各該合金的固相線溫度以下的某一較高溫度，長(zhǎng)時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻下來。均勻化退火是使合金中的元素發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散，來減輕化學(xué)成分不均勻性（偏析），主要是減輕晶粒尺度內(nèi)的化學(xué)成分不均勻性（晶內(nèi)偏析或稱枝晶偏析）。均勻化退火溫度所以如此之高，是為了加快合金元素?cái)U(kuò)散，盡可能縮短保溫時(shí)間。合金鋼的均勻化退火溫度遠(yuǎn)高于Ac3，通常是1050～1200℃。非鐵合金錠進(jìn)行均勻化退火的溫度一般是“0.95×固相線溫度(K)”，均勻化退火因加熱溫度高，保溫時(shí)間長(zhǎng)，所以熱能消耗量大。 球化 只應(yīng)用于鋼的一種退火方法。將鋼加熱到稍低于或稍高于Ac1的溫度或者使溫度在A1上下周期變化，然后緩冷下來。目的在于使珠光體內(nèi)的片狀滲碳體以及先共析滲碳體都變?yōu)榍蛄�，均勻分布于鐵素體基體中(這種組織稱為球化珠光體)。具有這種組織的中碳鋼和高碳鋼硬度低、被切削性好、冷形變能力大。對(duì)工具鋼來說，這種組織是淬火前最好的原始組織。 去應(yīng)力式 去應(yīng)力退火是將工件加熱到Ac1以下的適當(dāng)溫度（非合金鋼在500~600℃），保溫后隨爐冷卻的熱處理工藝稱為去應(yīng)力退火。去應(yīng)力加熱溫度低，在退火過程中無組織轉(zhuǎn)變，主要適用于毛坯件及經(jīng)過切削加工的零件，目的是為了消除毛坯和零件中的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸及形狀，減少零件在切削加工和使用過程中的形變和裂紋傾向。 退火的工藝 球化退火的具體工藝 具體有： ① 普通（緩冷）球化退火，緩冷適用于多數(shù)鋼種，尤其是裝爐量大時(shí)，操作比較方便，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)； ② 等溫球化退火，適用于多數(shù)鋼種，特別是難于球化的鋼以及球化質(zhì)量要求高的鋼（如滾動(dòng)軸承鋼）；其生產(chǎn)周期比普通球化退火短，不過需要有能夠控制共析轉(zhuǎn)變前冷卻速率的爐子； ③ 周期球化退火，適用于原始組織為片層狀珠光體組織的鋼，其生產(chǎn)周期也比普通球化退火短，不過在設(shè)備裝爐量大的條件下，很難按控制要求改變溫度，故在生產(chǎn)中未廣泛采用； ④ 低溫球化退火，適用于經(jīng)過冷形變加工的鋼以及淬火硬化過的鋼（后者通常稱為高溫軟化回火）； ⑤ 形變球化退火，形變加工對(duì)球化有加速作用，將形變加工與球化結(jié)合起來，可縮短球化時(shí)間。它適用于冷、熱形變成形的鋼件和鋼材（如帶材）（圖4e是在Acm或Ac3與Ac1之間進(jìn)行短時(shí)間、大形變量的熱形變加工者；圖4f是在常溫先予以形變加工者；圖4g是利用鍛造余熱進(jìn)行球化者）。 再結(jié)晶退火工藝 應(yīng)用于經(jīng)過冷變形加工的金屬及合金的一種退火方法。目的為使金屬內(nèi)部組織變?yōu)榧?xì)小的等軸晶粒，消除形變硬化，恢復(fù)金屬或合金的塑性和形變能力（回復(fù)和再結(jié)晶）。若欲保持金屬或合金表面光亮，則可在可控氣氛的爐中或真空爐中進(jìn)行再結(jié)晶退火。 去除應(yīng)力退火 鑄、鍛、焊件在冷卻時(shí)由于各部位冷卻速度不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，金屬及合金在冷變形加工中以及工件在切削加工過程中也產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。若內(nèi)應(yīng)力較大而未及時(shí)予以去除，常導(dǎo)致工件變形甚至形成裂紋。去除應(yīng)力退火是將工件緩慢加熱到較低溫度（例如，灰口鑄鐵是500～550℃，鋼是500～650℃），保溫一段時(shí)間，使金屬內(nèi)部發(fā)生弛豫，然后緩冷下來。應(yīng)該指出，去除應(yīng)力退火并不能將內(nèi)應(yīng)力完全去除，而只是部分去除，從而消除它的有害作用。 還有一些專用退火方法，如不銹耐酸鋼穩(wěn)定化退火；軟磁合金磁場(chǎng)退火；硅鋼片氫氣退火；可鍛鑄鐵可鍛化退火等。 將工件加熱到預(yù)定溫度，保溫一定的時(shí)間后緩慢冷卻的金屬熱處理工藝。 退火的目的在于： ① 改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、軋制和焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應(yīng)力，防止工件變形、開裂。 ② 軟化工件以便進(jìn)行切削加工。 ③ 細(xì)化晶粒，改善組織以提高工件的機(jī)械性能。 ④ 為最終熱處理（淬火、回火）作好組織準(zhǔn)備。 常用的退火工藝 ① 完全退火。用以細(xì)化中、低碳鋼經(jīng)鑄造、鍛壓和焊接后出現(xiàn)的力學(xué)性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度以上30～50℃，保溫一段時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發(fā)生轉(zhuǎn)變，即可使鋼的組織變細(xì)。 ② 球化退火。用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上20～40℃，保溫后緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變?yōu)榍驙�，從而降低了硬度�?/span> ③ 等溫退火。用以降低某些鎳、鉻含量較高的合金結(jié)構(gòu)鋼的高硬度，以進(jìn)行切削加工。一般先以較快速度冷卻到奧氏體最不穩(wěn)定的溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w或索氏體，硬度即可降低。 ④ 再結(jié)晶退火。用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的硬化現(xiàn)象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧氏體的溫度以下50～150℃ ，只有這樣才能消除加工硬化效應(yīng)使金屬軟化。 ⑤ 石墨化退火。用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950℃左右 ，保溫一定時(shí)間后適當(dāng)冷卻 ，使?jié)B碳體分解形成團(tuán)絮狀石墨。 ⑥ 擴(kuò)散退火。用以使合金鑄件化學(xué)成分均勻化，提高其使用性能。方法是在不發(fā)生熔化的前提下 ，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，并長(zhǎng)時(shí)間保溫，待合金中各種元素?cái)U(kuò)散趨于均勻分布后緩冷。 ⑦ 去應(yīng)力退火。用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100～200℃，保溫后在空氣中冷卻，即可消除內(nèi)應(yīng)力。 退火 為了消除塑料制品的內(nèi)應(yīng)力或控制結(jié)晶過程，將制品加熱到適當(dāng)?shù)臏囟炔⒈３忠欢〞r(shí)間，而后慢慢冷卻的操作。 退火（powerfulne'sing)，即DNA由單鏈復(fù)性、變成雙鏈組織的進(jìn)程。原本鏈相同的DNA單鏈經(jīng)退火后完全復(fù)原雙鏈組織的進(jìn)程，同源DNA之間`DNA和RNA之間，退火后形成雜交分子。 加熱使DNA雙螺旋解開，在一定的條件下，兩條互補(bǔ)的單鏈依靠彼此的堿基配對(duì)重新形成雙鏈DNA的過程，亦即復(fù)性過程。熱變性的DNA單鏈在緩慢冷卻過程中可以達(dá)到很好的退火。退火的兩條單鏈可以來自同一個(gè)雙鏈的DNA分子，也可以來自不同的DNA分子。退火是變性的逆轉(zhuǎn)過程，它受溫度、時(shí)間、DNA濃度、DNA順序的復(fù)雜性等因素的影 響。如PCR反應(yīng)中引物與模板DNA的退火，核酸雜交中探針與被檢DNA的退火。 半導(dǎo)體退火 半導(dǎo)體芯片在經(jīng)過離子注入以后就需要退火。因?yàn)橥雽?dǎo)體中注入雜質(zhì)離子時(shí)，高能量的入射離子會(huì)與半導(dǎo)體晶格上的原子碰撞，使一些晶格原子發(fā)生位移，結(jié)果造成大量的空位，將使得注入?yún)^(qū)中的原子排列混亂或者變成為非晶區(qū)，所以在離子注入以后必須把半導(dǎo)體放在一定的溫度下進(jìn)行退火，以恢復(fù)晶體的結(jié)構(gòu)和消除缺陷。同時(shí)，退火還有激活施主和受主雜質(zhì)的功能，即把有些處于間隙位置的雜質(zhì)原子通過退火而讓它們進(jìn)入替代位置。退火的溫度一般為200~800C，比熱擴(kuò)散摻雜的溫度要低得多。 蒸發(fā)電極金屬退火 蒸發(fā)電極金屬以后需要進(jìn)行退火，使得半導(dǎo)體表面與金屬能夠形成合金，以接觸良好（減小接觸電阻）。這時(shí)的退火溫度要選取得稍高于金屬-半導(dǎo)體的共熔點(diǎn)（對(duì)于Si-Al合金，為570度）。 相關(guān)產(chǎn)品信息請(qǐng)登錄：http://dd9i8dmvbv023qy.cn/ |
