退火有哪些不同类型？金属软化和强化指南

在工程和冶金学中，退火指的是一系列热处理工艺，而非单一工艺。主要类型包括完全退火、中间退火、去应力退火和球化退火，每种工艺都旨在改变金属的微观结构以达到特定效果，例如软化材料、改善其成形性或提高其切削加工性。这些工艺与金属在加热过程中经历的内部阶段是不同的。

退火的核心原理是利用受控的加热和冷却来操纵金属的内部晶体结构。您选择的特定“类型”的退火仅仅是根据温度、时间和冷却速率制定的配方，旨在实现一组精确的最终机械性能。

基础：退火过程中会发生什么？

在研究不同的工业工艺之前，了解金属加热时发生的三个普遍的微观结构阶段至关重要。这些阶段——回复、再结晶和晶粒长大——是任何退火过程背后的基本机制。

在相对较低的温度下，金属开始消除内部应力。这个阶段被称为回复，发生时金属内部的位错（晶体结构中的缺陷）移动并排列成能量较低的模式。它在不显著降低材料硬度或强度的情况下消除残余应力。

当温度升高到特定点（再结晶温度）时，会发生剧烈的变化。新的、无应力的晶体或“晶粒”开始形成，并取代冷加工过程中产生的旧的、变形的晶体。这个阶段是大多数退火过程的核心，因为它能显著软化金属并恢复其延展性。

如果金属在再结晶温度或以上保持过长时间，新形成的无应力晶粒将开始合并并长大。虽然这可以进一步增加柔软度，但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。控制这个阶段是获得一致结果的关键。

每种退火类型都是上述阶段的实际应用，旨在实现特定的工程目标。

此工艺包括将钢加热至其上临界温度以上（此时晶体结构完全转变），然后非常缓慢地冷却，通常是将其留在炉中冷却。

完全退火的目标是使金属处于最软、延展性最好的状态。它确保完全再结晶并促进形成粗大晶粒结构，使材料易于成形或加工。

也称为亚临界退火，此工艺包括将金属加热到低于其下临界温度的温度。材料在此温度下保持足够长的时间以发生再结晶，然后以中等速度冷却。

中间退火用于在冷加工的不同阶段（例如拉丝或轧板）之间恢复工件的延展性。它在不耗费完全退火所需的时间和能量的情况下，充分软化金属以进行进一步加工。

这是一种低温工艺，金属被加热到远低于其临界温度，保持特定时间，然后缓慢冷却。

去应力退火的唯一目的是让“回复”阶段发生，消除焊接、铸造或重型机械加工引入的内部应力。它在不显著改变材料强度或硬度的情况下完成此操作，使其非常适合成品或半成品部件。

这种特殊工艺主要用于高碳钢以改善切削加工性。它涉及在略低于下临界温度的温度下长时间加热，导致硬质碳化铁（渗碳体）相在较软的铁素体基体中形成小的球状颗粒。

球化结构是高碳钢可能达到的最软状态，这能显著减少切削操作中的刀具磨损。

选择退火工艺需要平衡相互竞争的因素。没有单一的“最佳”方法；最佳选择完全取决于目标。

较高的温度会加速退火过程，但会增加过度晶粒长大的风险，这会损害最终性能。较慢、较低温度的工艺（如球化退火）提供精确的结构控制，但耗时显著增加。

退火的基本权衡是柔软度（延展性）与强度（硬度）之间。完全退火产生最大的柔软度但最小的强度。相比之下，去应力退火几乎保留了材料的所有强度，同时仅消除内部应力。

需要非常缓慢炉冷（如完全退火）的工艺会长时间占用设备并消耗大量能源。较快的工艺（如中间退火，可能允许空冷）通常更便宜，更适合大批量生产环境。

您的选择应由您正在使用的材料和您的最终目标驱动。

通过将特定的退火工艺与您的材料和期望的结果相匹配，您可以精确控制其最终性能。

退火类型	主要目标	典型温度范围	关键结果
完全退火	最大柔软度和延展性	上临界温度以上	粗大、柔软的晶粒结构，用于严重成形
中间退火	恢复可加工性	下临界温度以下	再结晶，用于进一步冷加工
去应力退火	消除内部应力	远低于临界温度	应力降低，不改变硬度/强度
球化退火	改善切削加工性	略低于下临界温度	高碳钢最软状态