工具钢和模具钢退火有哪些不同？

　　

　　退火一般是将钢材加热到比临界温度高20~30℃左右，保温一定时间，然后随炉慢慢冷却到室温。退火组织一般是碳化物分布在铁素体基体上，接近平衡组织。退火的目的是降低钢的硬度，使坯料容易冷成型。消除钢的内应力；使钢的化学成分均匀，细化钢的晶粒，改善钢的结构，为后续加工工序做准备。此外，一些低于临界温度的热处理通常被称为退火，如应力消除退火、软化退火或再结晶退火。

　　

　　退火工艺要根据退火的目的来确定。退火的成功几乎完全取决于奥氏体的形成和均匀化，以及缓慢冷却过程中奥氏体在适当过冷下的分解。

　　

　　热加工(锻造和轧制)后缓慢冷却的钢的金相组织是铁素体和碳化物的混合组织。碳化物的含量和分布通常取决于钢的化学成分、停止锻造或轧制的温度以及冷却速度。退火的允许升温速率因钢的化学成分和原始结构而异。一般工模具钢中的合金元素导热性能较差，所以在低温阶段(600℃以下)必须缓慢加热，大部分必须浸泡，整体加热速度要慢。

　　

　　奥氏体形成的速度和成分的均匀性决定了退火温度和保持时间。加热温度越高，保温时间越长，奥氏体形成越快，成分越均匀。但是需要注意的是，加热温度越高，奥氏体晶粒越粗，导致材料性能下降。高温奥氏体的均匀性、晶粒尺寸和碳化物颗粒的存在对钢的退火组织有决定性的影响。单相均匀奥氏体缓慢冷却后，除了晶界上出现不同量的先共析铁素体或碳化物外，晶粒内还会出现不同厚度的珠光体。奥氏体中有弥散的碳化物颗粒会形成球状渗碳体，缓慢冷却时温度长时间略低于下临界点。高碳高铬冷加工模具钢等高碳高合金钢由于其中的特殊碳化物非常稳定，很难溶解成奥氏体，所以加热温度长期高于Accm，很难获得单一的奥氏体组织。

　　

　　工具钢和模具钢的退火更好在有保护气氛的热处理炉中进行，以防止氧化或脱碳。共析产物的数量和珠光体的厚度会影响退火后模具钢的各项性能，因此必须控制退火、加热和保温后模具钢的冷却速度。在退火的正常慢冷条件下，冷却速度越快，奥氏体转变温度越低，珠光体片层会随着转变温度的降低而变薄，先共析产物的数量也会随着冷却速度的增加而减少。

　　

　　1.完全退火和不完全退火

　　

　　完全退火是将亚共析钢加热到Ac3以上，保持足够的时间，使组织完全转变为奥氏体，使奥氏体均匀或基本均匀，然后缓慢冷却。完全退火的目的是为了软化钢零件，以便以后加工或塑性变形。细化钢的晶粒尺寸，消除内应力，制备适合淬火的组织。

　　

　　为了达到上述目的，完全退火的加热温度通常设定为比Ac3高20~30℃。然而，工具钢和模具钢中往往含有钨、铬、铝和钒等强碳化物形成元素，适当提高奥氏体化温度可以使它们形成的碳化物迅速溶解到奥氏体中。

　　

　　一般完全退火需要很长时间。为了缩短工艺时间，可以在保温后尽快将钢件的退火加热温度降至略低于较低的临界温度。之后在珠光体转变温度范围内以适当的冷却速度缓慢冷却，转变成所需的金相组织和性能。

　　

　　亚共析钢不完全退火的加热温度在AC1到AC3之间，过共析钢在AC1到Ac1~Accm之间，通常略高于较低的临界温度。

　　

　　不完全退火和完全退火的区别在于，前者只是部分再结晶形成奥氏体，后者是完全再结晶，完全转变为奥氏体。不完全退火的目的与完全退火相似，但晶粒细化不如完全退火，因为在加热温度下不能完全再结晶。不完全退火的优点是加热温度低，所以应用广泛。

　　

　　2.等温退火

　　

　　这是一种退火工艺，常用于工具钢、合金钢和其他自硬化高合金钢。亚共析钢加热到Ac3或以上，而共析钢和过共析钢加热到Ac1或以上一段时间。其特点是奥氏体化后，不随炉冷却，而是减速至适当温度(略高于奥氏体等温转变图的温度)进行保温，使奥氏体在此温度下进行等温转变。当转化完成后，可以从炉中取出空冷，形成珠光体。等温退火也可以用来防止钢中白点的形成。对于合金模具钢，尤其是批量生产，等温退火不仅方便易行，可以缩短生产周期，而且过冷奥氏体等温转变形成的显微组织也比较均匀。在等温过程中，奥氏体会转变成所需片层厚度和合适珠光体的珠光体或珠光体。

　　

　　等温退火奥氏体化温度越高，层状结构的形成越快；奥氏体化温度低时，容易获得球形体。奥氏体化钢的等温温度应根据更终所需的性能，根据钢级奥氏体的等温转变来确定。因此，为了获得更软的组织，可以采用较低的奥氏体化温度和较高的等温温度。在尽可能低的奥氏体化温度(略高于Ac1)和尽可能高的等温温度下进行等温退火时，许多钢种都能球化渗碳体，因此等温退火和球化退火合二为一，俗称等温球化退火。为了保证过冷奥氏体的完全转变，钢在等温温度下的时间应比等温转变图上显示的时间长。对于大截面的钢来说尤其如此，因为在钢芯冷却到等温温度之前，必须花一些时间从奥氏体化温度冷却下来。

　　

　　对于模具合金渗碳钢，也可以在略高于渗碳温度(930~940℃)的温度下进行等温退火。等温转变温度为610~680℃，转变时间为2~4h，所得组织为铁素体和珠光体。这种处理可以更大限度地减少渗碳过程中可能发生的任何变形，并且可以满足大多数切削工艺的要求。