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工具鋼和模具鋼退火有哪些不同？
退火一般是將鋼材加熱到比臨界溫度高20~30℃左右，保溫一定時間，然后隨爐慢慢冷卻到室溫。退火組織一般是碳化物分布在鐵素體基體上，接近平衡組織。退火的目的是降低鋼的硬度，使坯料容易冷成型。消除鋼的內(nèi)應(yīng)力；使鋼的化學(xué)成分均勻，細(xì)化鋼的晶粒，改善鋼的結(jié)構(gòu)，為后續(xù)加工工序做準(zhǔn)備。此外，一些低于臨界溫度的熱處理通常被稱為退火，如應(yīng)力消除退火、軟化退火或再結(jié)晶退火。
退火工藝要根據(jù)退火的目的來確定。退火的成功幾乎完全取決于奧氏體的形成和均勻化，以及緩慢冷卻過程中奧氏體在適當(dāng)過冷下的分解。
熱加工(鍛造和軋制)后緩慢冷卻的鋼的金相組織是鐵素體和碳化物的混合組織。碳化物的含量和分布通常取決于鋼的化學(xué)成分、停止鍛造或軋制的溫度以及冷卻速度。退火的允許升溫速率因鋼的化學(xué)成分和原始結(jié)構(gòu)而異。一般工模具鋼中的合金元素導(dǎo)熱性能較差，所以在低溫階段(600℃以下)必須緩慢加熱，大部分必須浸泡，整體加熱速度要慢。
奧氏體形成的速度和成分的均勻性決定了退火溫度和保持時間。加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏體形成越快，成分越均勻。但是需要注意的是，加熱溫度越高，奧氏體晶粒越粗，導(dǎo)致材料性能下降。高溫奧氏體的均勻性、晶粒尺寸和碳化物顆粒的存在對鋼的退火組織有決定性的影響。單相均勻奧氏體緩慢冷卻后，除了晶界上出現(xiàn)不同量的先共析鐵素體或碳化物外，晶粒內(nèi)還會出現(xiàn)不同厚度的珠光體。奧氏體中有彌散的碳化物顆粒會形成球狀滲碳體，緩慢冷卻時溫度長時間略低于下臨界點。高碳高鉻冷加工模具鋼等高碳高合金鋼由于其中的特殊碳化物非常穩(wěn)定，很難溶解成奧氏體，所以加熱溫度長期高于Accm，很難獲得單一的奧氏體組織。
工具鋼和模具鋼的退火更好在有保護(hù)氣氛的熱處理爐中進(jìn)行，以防止氧化或脫碳。共析產(chǎn)物的數(shù)量和珠光體的厚度會影響退火后模具鋼的各項性能，因此必須控制退火、加熱和保溫后模具鋼的冷卻速度。在退火的正常慢冷條件下，冷卻速度越快，奧氏體轉(zhuǎn)變溫度越低，珠光體片層會隨著轉(zhuǎn)變溫度的降低而變薄，先共析產(chǎn)物的數(shù)量也會隨著冷卻速度的增加而減少。
1.完全退火和不完全退火
完全退火是將亞共析鋼加熱到Ac3以上，保持足夠的時間，使組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，使奧氏體均勻或基本均勻，然后緩慢冷卻。完全退火的目的是為了軟化鋼零件，以便以后加工或塑性變形。細(xì)化鋼的晶粒尺寸，消除內(nèi)應(yīng)力，制備適合淬火的組織。
為了達(dá)到上述目的，完全退火的加熱溫度通常設(shè)定為比Ac3高20~30℃。然而，工具鋼和模具鋼中往往含有鎢、鉻、鋁和釩等強碳化物形成元素，適當(dāng)提高奧氏體化溫度可以使它們形成的碳化物迅速溶解到奧氏體中。
一般完全退火需要很長時間。為了縮短工藝時間，可以在保溫后盡快將鋼件的退火加熱溫度降至略低于較低的臨界溫度。之后在珠光體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度緩慢冷卻，轉(zhuǎn)變成所需的金相組織和性能。
亞共析鋼不完全退火的加熱溫度在AC1到AC3之間，過共析鋼在AC1到Ac1~Accm之間，通常略高于較低的臨界溫度。
不完全退火和完全退火的區(qū)別在于，前者只是部分再結(jié)晶形成奧氏體，后者是完全再結(jié)晶，完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。不完全退火的目的與完全退火相似，但晶粒細(xì)化不如完全退火，因為在加熱溫度下不能完全再結(jié)晶。不完全退火的優(yōu)點是加熱溫度低，所以應(yīng)用廣泛。
2.等溫退火
這是一種退火工藝，常用于工具鋼、合金鋼和其他自硬化高合金鋼。亞共析鋼加熱到Ac3或以上，而共析鋼和過共析鋼加熱到Ac1或以上一段時間。其特點是奧氏體化后，不隨爐冷卻，而是減速至適當(dāng)溫度(略高于奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的溫度)進(jìn)行保溫，使奧氏體在此溫度下進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變。當(dāng)轉(zhuǎn)化完成后，可以從爐中取出空冷，形成珠光體。等溫退火也可以用來防止鋼中白點的形成。對于合金模具鋼，尤其是批量生產(chǎn)，等溫退火不僅方便易行，可以縮短生產(chǎn)周期，而且過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變形成的顯微組織也比較均勻。在等溫過程中，奧氏體會轉(zhuǎn)變成所需片層厚度和合適珠光體的珠光體或珠光體。
等溫退火奧氏體化溫度越高，層狀結(jié)構(gòu)的形成越快；奧氏體化溫度低時，容易獲得球形體。奧氏體化鋼的等溫溫度應(yīng)根據(jù)更終所需的性能，根據(jù)鋼級奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變來確定。因此，為了獲得更軟的組織，可以采用較低的奧氏體化溫度和較高的等溫溫度。在盡可能低的奧氏體化溫度(略高于Ac1)和盡可能高的等溫溫度下進(jìn)行等溫退火時，許多鋼種都能球化滲碳體，因此等溫退火和球化退火合二為一，俗稱等溫球化退火。為了保證過冷奧氏體的完全轉(zhuǎn)變，鋼在等溫溫度下的時間應(yīng)比等溫轉(zhuǎn)變圖上顯示的時間長。對于大截面的鋼來說尤其如此，因為在鋼芯冷卻到等溫溫度之前，必須花一些時間從奧氏體化溫度冷卻下來。
對于模具合金滲碳鋼，也可以在略高于滲碳溫度(930~940℃)的溫度下進(jìn)行等溫退火。等溫轉(zhuǎn)變溫度為610~680℃，轉(zhuǎn)變時間為2~4h，所得組織為鐵素體和珠光體。這種處理可以更大限度地減少滲碳過程中可能發(fā)生的任何變形，并且可以滿足大多數(shù)切削工藝的要求。
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