退火是一種熱處理工藝，可以改變材料的物理性質，有時還可以改變其化學性質，通常是透過增加延展性和降低硬度，使其更容易加工或處理。
退火概述
退火是一種熱處理工藝，它將金屬加熱到適當的溫度，保溫一段時間，然後緩慢冷卻（通常採用爐冷）至室溫。退火的本質是先將鋼加熱至完全奧氏體化，然後透過緩慢冷卻促進珠光體轉變，最終獲得接近平衡的微觀組織。
退火功能
退火過程旨在實現以下幾個關鍵目標：
- 晶粒細化和微觀結構均勻化：它細化晶粒結構，使內部微觀結構均勻化，並減少化學偏析，從而在結構上為後續的熱處理過程做好準備。
- 應力消除：它可以消除工件內部的殘餘應力，防止這些應力可能導致的潛在裂縫或過度變形。
- 降低硬度並提高塑性：它降低了材料的硬度，提高了其塑性，這對於提高後續的冷加工、冷成型和機械加工操作至關重要。
退火過程一般分為三個主要階段：
- 恢復階段：在恢復階段，使用爐子或其他類型的加熱裝置將材料的溫度升高到足以釋放其內部應力的程度。
- 重結晶階段：在重結晶階段，材料被加熱到高於其重結晶溫度但低於其熔點的溫度。這會導致形成新的、無應力的晶粒。
- 晶粒生長階段：隨著新晶粒的形成，它們會繼續充分發育。這一生長過程是透過控製材料以特定速率冷卻來調控的。
三個階段完成後，材料的延展性會提高，硬度會降低。有時，退火後也會進行後續工序，以進一步改善材料的機械性質。
退火類型
退火方法根據加熱溫度與臨界溫度（Ac1 或 Ac3）的相對關係進行大致分類：
相變重結晶退火（Ac1 或 Ac3 以上）包括完全退火、擴散退火、不完全退火和球化退火。
低於臨界溫度（低於 Ac1 或 Ac3）的退火包括重結晶退火和應力消除退火。
完全退火
該製程包括將鋼加熱到比 Ac3 線高 20-30°C，保溫一段時間，然後緩慢冷卻（爐冷）以獲得接近平衡的微觀結構（實現完全奧氏體化）。
- 應用：主要用於亞共析鋼（含碳量為 0.3% 至 0.6%），通常用於中碳鋼和低碳合金鋼鑄件、鍛造件、熱軋型材，有時也用於焊接零件。
- 目的：細化晶粒結構，使顯微組織均勻化，消除內應力，降低硬度，並提升鋼的切削加工性能。亞共析鋼的最終組織為鐵素體+珠光體（F+P）。
- 請注意： 在生產過程中，為了提高生產效率，當零件溫度達到約 500°C 時，通常會將其從爐中取出並進行空冷。
等溫退火
完全退火可能非常耗時，尤其是對於具有相對穩定的過冷奧氏體的合金鋼。等溫退火透過將奧氏體化鋼快速冷卻至略低於Ar1的溫度，並保持等溫狀態使奧氏體(A)轉變為珠光體(P)，然後空冷至室溫，從而顯著縮短退火時間。
它適用於具有穩定微觀結構的鋼材，例如高碳鋼（C > 0.6%）、合金工具鋼和高合金鋼（總合金含量 > 10%）。它有助於獲得均勻的微觀結構和一致的性能。但它不適用於大截面鋼件或大爐負荷，因為在整個爐內實現均勻的等溫溫度可能具有挑戰性。
不完全退火
將鋼加熱到 Ac1 至 Ac3 之間的溫度（對於亞共析鋼）或 Ac1 至 Acm 之間的溫度（對於過共析鋼），保溫，然後緩慢冷卻以獲得接近平衡的微觀結構。
它用於過共析鋼，以獲得球狀珠光體組織，這有助於消除內應力、降低硬度並提高切割加工性能。球化退火是一種不完全退火。
球化退火
一種特定的熱處理工藝，旨在使鋼中的碳化物球化，從而形成粒狀珠光體（球狀碳化物）組織。將材料加熱至比Ac1高20-30°C，保溫適當時間（通常為2-4小時），然後在爐內緩慢冷卻，或在比Ar1低約20°C的溫度下等溫保溫較長時間。
它主要用於共析鋼和過共析鋼，例如碳素工具鋼、合金工具鋼和軸承鋼。
共析鋼鍛造或軋製後的組織－層狀珠光體與滲碳體網絡－硬度高、脆性大、難以加工 數控機床且在最終階段容易發生變形/開裂 淬火球化退火可得到球狀珠光體，其中細小的球狀滲碳體顆粒分散在鐵素體基體中。這種組織硬度較低，加工性能更好，而且至關重要的是，它能防止後續淬火過程中奧氏體晶粒粗化，從而降低變形和開裂的傾向。
如果過共析鋼中存在滲碳體網絡，則必須先透過正火處理將其消除，然後才能有效地進行球化退火。
擴散退火
包括將鋼錠、鑄件或大型鍛件加熱到略低於固相線的高溫，保溫一段時間，然後緩慢冷卻以消除化學不均勻性（樹枝狀偏析和區域偏析）。
加熱溫度非常高，通常比Ac3或Accm溫度高100-200°C，取決於偏析程度和鋼種。保溫時間通常為10-15小時。
為了消除鑄錠凝固過程中產生的偏析，使化學成分和微觀結構均勻化。
擴散退火之後通常會進行完全退火或正火處理，以細化粗大的晶粒結構。
它主要適用於高等級合金鋼和有嚴重偏析問題的合金鋼鑄件或鋼錠。
去應力退火
應力消除退火是將鋼製零件加熱到低於Ac1臨界線（通常為500–650°C）的特定溫度，並在該溫度下保溫（保溫），然後緩慢冷卻（爐冷）。由於應力消除退火所使用的溫度低於A1臨界線，因此此製程不會造成任何微觀結構變化。其目的是消除零件內部的殘餘內應力。
再結晶退火
將冷加工後的金屬加熱到高於其再結晶溫度的溫度並保持適當的時間。此過程可使變形晶粒轉變為均勻的等軸晶粒，從而消除加工硬化和殘餘應力。
加熱溫度應比最低再結晶溫度（對於鋼來說，約為 450°C）高 100–200°C。最低再結晶溫度通常為 Tc = 0.4*Tm（絕對溫度）。
選擇退火工藝的考慮因素
選擇合適的退火方法通常遵循以下原則：
- 對於具有亞共析組織的鋼材，通常選擇完全退火。為了縮短退火時間，可以選擇等溫退火。
- 過共析鋼通常選擇球化退火。如果要求不高，可以選擇不完全退火。工具鋼和軸承鋼通常選擇球化退火。球化退火有時也用於低碳鋼或中碳鋼冷擠壓和冷鐓零件。
- 可以選擇重結晶退火來消除加工硬化。
- 應力消除退火可用於消除各種製造過程引起的內應力。擴散退火通常用於某些高等級優質合金鋼的大鑄件，以改善其微觀結構和化學成分的不均勻性。
