如何进行退火热处理？掌握三个阶段，使金属更柔软、更易加工

从本质上讲，退火热处理过程包括三个不同的阶段：将金属加热到特定温度，在该温度下保持设定的时间，然后以非常缓慢、受控的速率将其冷却下来。此过程旨在改变材料的内部微观结构，主要目的是提高其延展性并降低其硬度，使其更易于加工。

退火的核心目的是逆转加工硬化的影响。通过精确的加热循环，最重要的是缓慢冷却，可以消除内部应力，并在金属内部形成更柔软、更均匀的晶粒结构。

退火的目标：逆转加工硬化

要了解如何进行退火，您必须首先了解您这样做的原因。主要目标是消除“加工硬化”或“冷加工”的影响。

当您在室温下弯曲、轧制或锤击金属时，它会变得越来越硬和易碎。

在内部，这种塑性变形会产生一种由称为位错的微观缺陷组成的缠结、混乱的网络。这种缠结的结构使得原子难以相互滑动，这就是我们所感知到的硬度增加和延展性降低。

退火提供了必要的能量，使金属晶格内的原子能够重新排列成更有序、无应力的状态。

这个过程消除了密集的位错网络，有效地重置了材料的性能，恢复了其柔软度和可成形性。

无论具体类型如何，每个退火过程都遵循相同的基本三阶段模式。确切的温度和时间在很大程度上取决于特定的合金。

第一步是缓慢而均匀地将材料加热到其再结晶温度。

这是变形微观结构内开始形成新的、无应变的晶粒的关键温度。加热过快会导致热应力和开裂，而加热不够高则会导致退火不完全。

一旦材料达到目标温度，就会将其“保温”或保持在该温度一段时间。

保温的目的是双重的：确保整个部件，包括其核心，达到均匀的温度，并允许新的、无应力的晶粒完全形成和长大。保温时间取决于材料的厚度和成分。

这是最关键的阶段，也是真正定义退火的阶段。材料必须非常缓慢地冷却。

这种缓慢的冷却速率对于使微观结构形成其最稳定和最柔软的状态至关重要。对于许多钢材来说，这意味着将部件留在炉内并关闭炉子，使其在数小时甚至数天内冷却。快速冷却（淬火）会产生硬结构，这与期望的结果相反。

虽然这三个阶段是普遍的，但特定的应用需要退火过程的不同变化。

这是用于钢材以实现最大柔软度的“经典”工艺。钢材加热到其上临界温度（A3 或 Acm）以上，使晶粒结构完全转变为奥氏体，然后极其缓慢地在炉内冷却。

也称为亚临界退火，这是一种低温工艺，用于在成型操作之间对低碳钢进行处理。它可以在不进行完全退火所需的时间和成本的情况下消除应力并恢复延展性，从而提高制造过程的效率。

这是一种专门的、长时间的退火工艺，用于高碳钢。它在低于下临界温度（A1）的温度下进行，以将坚硬的碳化铁（渗碳体）转变为铁基体中小而圆的球体。这种结构赋予钢材最大的柔软度和可加工性。

这是一种低温热处理，用于消除由焊接、铸造或重型机加工引起的内部应力。目标是降低变形或开裂的风险，同时不显着改变材料的硬度或其他机械性能。

成功退火材料需要仔细控制几个变量。失误可能导致不良结果。

使用特定合金的正确温度是不可协商的。过热会导致晶粒过度长大，可能使材料变脆。加热不足将导致退火不完全，使材料比期望的更硬。

冷却速率是决定最终性能的最重要变量。冷却越慢，最终产品越柔软。炉冷最慢，其次是将部件埋在沙子或蛭石等绝缘材料中，最后是静止空气冷却。

对于许多材料，在氧气存在下加热到高温会使表面形成一层氧化皮。对于高碳钢，这也可能导致脱碳（表面碳损失），这通常是不希望的。使用真空或惰性气体气氛的炉子可以防止这些问题。

根据您正在处理的材料和您期望的最终结果来选择您的退火方法。

最终，掌握退火就是精确控制温度和时间，以根据您的特定需求重塑材料的内部结构。