实际上，退火不会导致金属零件的整体尺寸发生显著、均匀的变化。 虽然零件在加热时会膨胀，冷却时会收缩，但它应该会恢复到原始尺寸。然而，该过程可能会导致形状上的微小变化——例如翘曲或变形——因为材料内部的内应力得到了释放。
退火的核心目的是改变材料的内部微观结构，使其更软、更具延展性，而不是改变其外部尺寸。任何尺寸变化都是次要效应，通常表现为应力释放引起的变形，而非均匀的膨胀或收缩。
退火的目标：内部重置，而非外部改变
退火本质上是一种热处理工艺，旨在“重置”金属的内部晶体结构。这样做是为了逆转冷加工、成形或焊接等过程的影响。
什么是内应力？
当金属被弯曲、拉伸或加工时，其内部晶体结构会变得应变并充满缺陷。这种储存的能量，称为内应力，会使材料更硬、更脆，并且更容易开裂。
再结晶的机制
将金属加热到其退火温度，使原子获得足够的能量移动。它们从应变的高能状态重新排列成更有序、低能的晶格。“缺陷……自行修复”指的是这种再结晶过程。
结果：更软、更易加工的材料
在保持温度并缓慢冷却后，金属的内部结构更加均匀且无应力。这使得材料显著更具延展性（能够在不破裂的情况下拉伸或成形）且硬度降低。
为什么会发生微小的尺寸变化
虽然零件的体积不会改变，但其形状可能会改变。这是对于任何具有严格公差的应用来说至关重要的区别。这种变化不是可预测的收缩或膨胀，而是松弛成一个新的、无应力的形状。
主要原因：应力引起的变形
想象一根扭曲的橡皮筋。它由于储存的能量而保持其形状。当你轻轻加热它时，它会解开并放松。带有内应力的金属零件也表现类似。在退火过程中，随着应力的释放，零件可能会略微翘曲、弯曲或扭曲，以达到其最低能量状态。
热膨胀的作用
所有材料在受热时都会膨胀，冷却时都会收缩。如果零件厚度不均匀或冷却不均匀，不同部分会以不同的速率收缩。这可能会引入新的（尽管低得多）应力，并导致轻微变形。退火中规定的缓慢冷却旨在最大限度地减少这种影响。
了解实际风险
对于工程师或机械师来说，退火的主要担忧不是均匀的尺寸变化，而是由于这些次要效应导致的尺寸精度损失。
翘曲的风险
形状复杂、壁薄或严重不对称的零件最容易翘曲。零件在退火前内部应力越大，在退火过程中越有可能发生移动。
表面氧化（氧化皮）
在有氧气的情况下加热金属会导致表面形成一层氧化物，即氧化皮。这种氧化皮可能厚达几千分之一英寸，通常必须通过化学清洗（酸洗）或磨蚀方法去除，这会影响最终的表面光洁度和尺寸。
适当支撑的必要性
在高温退火时，金属会显著失去强度。如果长而重的零件在炉中没有得到适当支撑，它可能会在自身重量下下垂，导致永久变形。
为您的工艺做出正确选择
在退火过程中控制尺寸稳定性在于正确规划您的制造顺序。
- 如果您的主要关注点是保持严格的公差： 标准做法是先将零件加工成略大的尺寸，然后进行退火以消除应力，最后进行一次轻微的精加工，以达到精确的最终尺寸。
- 如果您的主要关注点仅仅是消除非关键零件的应力： 轻微的潜在变形可能是可以接受的，并且可能不需要后处理加工。
- 如果您正在处理非常薄或复杂的零件： 确保零件在炉中夹具固定并得到充分支撑，以防止下垂，并咨询冶金学家以获取最佳循环以最大限度地减少变形。
通过将退火理解为应力松弛而非体积变化的工艺，您可以战略性地控制制造步骤，以确保最终零件的精度。
总结表：
| 退火效应 | 描述 | 对尺寸的影响 |
|---|---|---|
| 应力消除 | 消除冷加工或成形产生的内应力。 | 可能导致翘曲或变形，而非均匀的尺寸变化。 |
| 再结晶 | 将内部晶粒结构重置为更软的状态。 | 无显著体积变化；零件在加热/冷却循环后应恢复原始尺寸。 |
| 表面氧化 | 形成一层必须去除的氧化皮。 | 后处理清洁后尺寸可能略微减小。 |
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