2-2 完全退火和正火的作用

全退火是机械结构碳钢和机械结构合金钢常用的工艺，其主要作用是调整和软化组织。如果铸造或锻造，则组织可能不均匀或晶粒可能粗大，并且机械性能可能劣化。在这种情况下，如果将奥氏体组织加热到比A3相变点高30～50℃的温度，然后缓慢冷却，则可以得到铁素体和珠光体的均匀组织。由于此时的金相组织几乎根据每种钢种的平衡状态而变化，因此在机械结构用碳钢的情况下，可以根据珠光体占有率来估计碳含量。

图1显示了三种不同碳含量的机械结构钢的完全退火组织。显然，碳含量越高，珠光体占有率越高。由于珠光体是铁素体和渗碳体（Fe 3 C）分层排列的共析组织，所以共析钢（约0.8%C钢）的完全退火组织为珠光体。

图1 不同含碳量机械结构用碳钢完全退火组织

获得的硬度取决于冷却速度，冷却速度越快，它变得越硬。机械结构用碳钢通常在炉内冷却，但合金元素较多的钢种更容易硬化，因此机械结构用合金钢以20℃/h以下的速度缓慢冷却。但由于过冷奥氏体向铁素体+珠光体的转变要完全完成，所以在500℃以下进行空冷。

正火是经常对机械结构钢进行的热处理，是在高于A 3转变点的温度下加热保持，然后在空气中冷却的操作。在热锻钢中，晶粒变粗，组织不均匀，但通过正火，晶粒变细，组织均匀。另外，由于全退火碳素工具钢中含有先共析渗碳体，作为下一次要介绍的球化退火的前处理，我们将通过加热到Acm相变点以上并在空气中冷却来进行退火。..

机械结构用碳素钢和机械结构用合金钢在充分退火时太软，切削性不是很好。但是，与完全退火的材料相比，正火材料变硬，因此切削性也得到了改善。此外，正火有时被用作淬火的替代方法，因为它在固化的同时提高了强度。

图2显示了机械结构用完全退火和退火钢（直径为25毫米的试件）的平均硬度和碳含量之间的关系。很明显，正火后的硬度高于完全退火后的硬度，而且含碳量越高，数值越高。

图2 机械结构用碳钢中碳含量与平均硬度的关系

正火得到的金属组织基本上是铁素体和珠光体的混合组织。然而，不同的奥氏体化温度具有不同的占用率，即使它们具有相同的尺寸和相同的钢种。图3为直径10mm的S35C在850～950℃加热60分钟后空冷时的显微组织。S35C的更佳正火温度为850℃左右，此时的金属组织为极细的铁素体+珠光体。但奥氏体化温度升高时，铁素体量减少，珠光体占有率增加，同时晶粒粗大，硬度增加。特别是在950℃正火时的金相组织呈现出热锻制品中常见的过热组织。

图3 S35C在各温度下归一化的微观结构

由于机械结构用合金钢的CCT曲线位于比碳钢长的一侧，因此铁素体和珠光体从图4的SCM435（直径25mm）的正火组织中清晰可见。变得难以区分。因此，这些硬度高达280～285HB，远高于碳钢。此外，奥氏体化温度越高，晶粒越粗，这与碳钢的情况相同。

图4 SCM435在各个温度下归一化的微观结构

由于正火一般为空冷，因此即使钢种相同，加热温度相同，加工后的硬度也会因加工材料的大小而异。这是因为冷却速度根据被加工材料的大小而变化，而获得的硬度取决于该冷却速度。冷却速度与硬度的关系取决于碳和合金元素的含量以及加热条件，这可以在第 1 章第 1-6 章中解释。