退火的核心是一种热处理工艺，其定义是将材料加热到特定温度，保持在该温度，然后缓慢冷却。退火的三种主要类型，根据相对于材料临界转变点的温度进行区分，分别是超临界（完全）退火、临界区退火和亚临界退火。这些工艺用于改变材料的微观结构，主要是为了提高其延展性并降低其硬度，使其更易于加工。
选择特定类型的退火并非随意；这是一个精确的冶金决策。目标是通过相对于材料临界相变点精确控制温度，来实现目标微观结构及其相应的机械性能。
理解基础：临界温度
要理解不同类型的退火，首先必须理解钢中的临界转变温度，这些温度是铁碳相图上的点。
Ac1 温度（下临界点）
Ac1 是钢结构在加热时开始转变为称为奥氏体的相的温度。低于此温度，不会发生显著的相变。
Ac3 温度（上临界点）
Ac3 是钢的微观结构完全转变为奥氏体的温度。加热到此点以上可确保整个材料在冷却前具有均匀的奥氏体结构。
三种主要退火工艺
主要退火类型的分类完全基于工艺的峰值温度相对于这两个临界点的位置。
超临界（完全）退火
此工艺涉及将钢加热到上临界点 (Ac3) 以上的温度。
这确保了整个微观结构转变为奥氏体。然后将材料非常缓慢地冷却，从而形成粗大的珠光体结构，该结构柔软、延展性高且无内应力。当使用“退火”一词而没有任何其他限定词时，通常意味着完全退火。
临界区退火
在此工艺中，钢被加热到下临界点 (Ac1) 和上临界点 (Ac3) 之间的温度。
这只会引起部分转变，从而形成原始相（铁素体）和新形成的奥氏体的混合微观结构。缓慢冷却然后使奥氏体转变，形成具有特定强度和延展性平衡的双相材料。
亚临界退火
也称为工艺退火，这涉及将钢加热到下临界点 (Ac1) 以下的温度。
由于温度从未达到转变点，因此不会形成奥氏体。其主要目的是消除内应力，并诱导经过冷加工硬化的材料发生回复和再结晶，从而恢复延展性，而不会显著改变基本微观结构或强度。
变化的机制：退火的三个阶段
虽然这些不是工艺的“类型”，但这三个阶段描述了材料在加热时发生的冶金变化。
阶段 1：回复
在较低温度下，首先发生的是回复。此过程可消除因冷加工等过程存储在晶格中的内应力，而不会显著改变材料的晶粒结构。
阶段 2：再结晶
随着温度升高（尤其是在亚临界退火期间），再结晶开始。新的、无应力的晶粒形核并长大，取代旧的变形晶粒。这就是恢复延展性并降低硬度的原因。
阶段 3：晶粒长大
如果材料在退火温度下保持时间过长，新形成的晶粒将继续长大。过度的晶粒长大通常是不希望的，因为它会降低材料的强度和韧性。
理解权衡
选择退火工艺需要平衡预期结果和实际限制。
强度与延展性
这是主要的权衡。完全（超临界）退火产生最软、延展性最好的状态，但代价是强度最低。亚临界退火提供了一种折衷方案，在恢复大量延展性的同时保留了材料更多的原始强度。
时间、能源和成本
完全退火需要加热到最高温度，并且通常涉及最慢的冷却速率，使其成为最耗时和耗能的工艺。亚临界退火由于在较低温度下操作，因此更快、更便宜。
命名约定问题
您会遇到许多其他退火名称，例如“光亮退火”、“箱式退火”或“球化退火”。这些术语通常不描述新的冶金类型。相反，它们通常指所使用的设备（箱式炉）、所得的表面光洁度（光亮、无氧化物）或非常具体的微观结构目标（球状珠光体），但其基本工艺仍然是三种主要类型之一。
为您的目标做出正确选择
您选择的退火工艺应直接与您对材料的最终目标相关联。
- 如果您的主要重点是最大程度的柔软性和可加工性：使用超临界（完全）退火来完全重置微观结构并实现尽可能高的延展性。
- 如果您的主要重点是消除冷加工产生的应力：使用亚临界（工艺）退火来恢复延展性，以便进行进一步的成形操作，而不会显著损失强度。
- 如果您的主要重点是开发特定的双相结构：使用临界区退火来精确控制相混合，以实现目标性能平衡。
最终，选择正确的热处理是关于理解您所需的性能，并知道哪种热工艺将创建能够提供这些性能的微观结构。
总结表：
| 退火类型 | 温度范围 | 主要目标 | 所得微观结构 |
|---|---|---|---|
| 超临界（完全） | 高于 Ac3 | 最大柔软性和延展性 | 粗大珠光体 |
| 临界区 | 介于 Ac1 和 Ac3 之间 | 平衡的强度和延展性 | 铁素体和奥氏体混合 |
| 亚临界（工艺） | 低于 Ac1 | 应力消除和延展性恢复 | 回复/再结晶晶粒 |
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