工業(yè)電爐正火為鋼鐵部件帶來(lái)了硬度和強(qiáng)度。另外，正火還有助于減小鍛造、鑄造、機(jī)加工、成形或焊接等操作過(guò)程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)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(yīng)性，并且通過(guò)對(duì)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(duì)大斷面部件進(jìn)行正火處理，它們也需要進(jìn)行回火以進(jìn)一步降低應(yīng)力和更為嚴(yán)格地控制機(jī)械性能。

 

正火處理的典型目的是：

• 改善機(jī)加工性能

• 提高尺寸穩(wěn)定性

• 改變和/或細(xì)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(lái)說(shuō)，許多齒輪坯料在機(jī)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(shí)間為每英寸橫截面一小時(shí)，但不應(yīng)少于兩小時(shí)。必須記?。翰考驙t料的重量對(duì)于冷卻速度有很大影響，因而直接關(guān)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(huì)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(guò)，如果對(duì)這些鋼種進(jìn)行正火，也沒(méi)有什么不利作用。壁厚和截面相對(duì)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(jìn)行處理，則采用不超過(guò)1巴壓力的氮?dú)膺M(jìn)行冷卻。

 

正火通常從熱處理和微觀結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行考慮。從熱處理角度來(lái)說(shuō)，正火是奧氏體化加適當(dāng)緩冷；而從微觀結(jié)構(gòu)角度來(lái)說(shuō)，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(gè)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(duì)于許多冶金工程師來(lái)說(shuō)，何時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行正火和何時(shí)采取退火經(jīng)常會(huì)被混為一談。出現(xiàn)這一情況也是情有可原的，因?yàn)樵谠S多例子中，正火和退火步驟完全一致。比如，通過(guò)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(qiáng)度高于采用退火工藝，但又低于進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。冷卻速度較慢，意味著正火部件不會(huì)像淬火部件那樣產(chǎn)生高應(yīng)力。因此，正火是一種能夠適當(dāng)提高強(qiáng)度而不增加應(yīng)力的處理。

 

正火對(duì)于物理性能的作用

 

退火和正火對(duì)于低碳鋼的延展性沒(méi)有明顯不同的影響。不過(guò)，隨著碳含量的增加，退火對(duì)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(qiáng)度(圖4)和屈服強(qiáng)度(圖5)均高于退火鋼。正火和退火對(duì)于低碳鋼抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的作用沒(méi)有顯著差別。但是，正火高碳鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度卻遠(yuǎn)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(duì)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(huì)使材料內(nèi)部產(chǎn)生大量應(yīng)力的情況下，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行正火處理。正火有助于避免許多熱處理問(wèn)題。

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