退火爐與工業(yè)電爐

工業(yè)電爐正火為鋼鐵部件帶來了硬度和強度。另外，正火還有助于減小鍛造、鑄造、機加工、成形或焊接等操作過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應力(圖1)。正火也能夠改善熱處理(比如退火或硬化)后微觀結(jié)構(gòu)的均勻性和響應性，并且通過對后續(xù)低溫處理施加“熱記憶”而提高穩(wěn)定性。那些要求具有高韌性和能夠承受沖擊的部件通常需要正火處理。如果對大斷面部件進行正火處理，它們也需要進行回火以進一步降低應力和更為嚴格地控制機械性能。

 

正火處理的典型目的是：

• 改善機加工性能

• 提高尺寸穩(wěn)定性

• 改變和/或細化晶粒結(jié)構(gòu)

• 生成均勻的微觀結(jié)構(gòu)

• 減少帶狀組織

• 增大延展性

• 穩(wěn)定硬化或表面硬化的效果

 

舉例來說，許多齒輪坯料在機加工前都要接受正火處理，從而更好地控制后續(xù)硬化或表面硬化工藝中的尺寸變化，比如膨脹、收縮或扭曲。

 

典型的正火工藝保溫時間為每英寸橫截面一小時，但不應少于兩小時。必須記住：部件或爐料的重量對于冷卻速度有很大影響，因而直接關系到最終微觀結(jié)構(gòu)。正火后，較薄的部件要比較厚的部件冷卻得更快，因此會變得更硬。與之不同的是，如果是退火工藝的爐內(nèi)冷卻條件，則冷卻后較薄和較厚部件的硬度大致相同。

 

低碳鋼通常不需要正火處理。不過，如果對這些鋼種進行正火，也沒有什么不利作用。壁厚和截面相對較為均勻的鑄件一般采用退火而不是正火處理。

 

正火原理

 

鋼的正火(圖2)是加熱到臨界溫度上限(Ac3或Acm)以上大約100°F(38°C)，然后在空氣中冷卻到室溫。如果是在真空爐內(nèi)進行處理，則采用不超過1巴壓力的氮氣進行冷卻。

 

正火通常從熱處理和微觀結(jié)構(gòu)兩方面進行考慮。從熱處理角度來說，正火是奧氏體化加適當緩冷；而從微觀結(jié)構(gòu)角度來說，含有大約0.80％碳的組織是珠光體，低碳組織則是鐵素體。

 

正火與退火的比較

 

正火與退火的不同之處在于，它是將部件加熱到一個較高的溫度后從爐內(nèi)取出在空氣中冷卻，而不是將熱處理爐冷卻。對于許多冶金工程師來說，何時應當進行正火和何時采取退火經(jīng)常會被混為一談。出現(xiàn)這一情況也是情有可原的，因為在許多例子中，正火和退火步驟完全一致。比如，通過加熱到相變溫度以上和在空氣中冷卻，超低碳鋼幾乎可以充分退火。

 

在正火工藝中，冷卻速度慢于調(diào)質(zhì)處理，但要快于退火冷卻速度。這一適中冷卻速度的結(jié)果是，部件獲得的硬度和強度高于采用退火工藝，但又低于進行調(diào)質(zhì)處理。冷卻速度較慢，意味著正火部件不會像淬火部件那樣產(chǎn)生高應力。因此，正火是一種能夠適當提高強度而不增加應力的處理。

 

正火對于物理性能的作用

 

退火和正火對于低碳鋼的延展性沒有明顯不同的影響。不過，隨著碳含量的增加，退火對于延展性(以延伸率表示)的作用穩(wěn)定在20％左右，而正火高碳鋼的延展性則持續(xù)降低到1％ – 2％的水平(圖3)。

 

正火鋼的抗拉強度(圖4)和屈服強度(圖5)均高于退火鋼。正火和退火對于低碳鋼抗拉強度和屈服強度的作用沒有顯著差別。但是，正火高碳鋼的抗拉強度和屈服強度卻遠高于退火鋼。

 

低碳鋼和中碳鋼正火或退火后的硬度水平相近，而高碳鋼正火后的硬度水平則要高于退火處理后(圖6)。

圖1.

圖2.

圖3.

圖4.

圖5.

圖6.

正火工藝能夠改善部件的質(zhì)量，對于硬化和表面硬化處理的尺寸偏差控制起著重要的作用。在尺寸穩(wěn)定性非常重要或制造工藝可能會使材料內(nèi)部產(chǎn)生大量應力的情況下，應當進行正火處理。正火有助于避免許多熱處理問題。

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