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擴散退火
鎖定
- 中文名
- 擴散退火
- 外文名
- Diffusion Annealing
- 別 名
- 均勻化退火
- 類 別
- 熱加工處理工藝
- 特 點
- 温度高、時間長、成本高
- 作 用
- 改善或消除成分的不均勻性
擴散退火基本概述
為了改善或消除在冶金過程中形成的成分不均勻性而實行的退火稱為擴散退火。擴散退火的工藝過程是在適當的加熱温度下長時間保温，然後再緩慢的冷卻到室温。通過擴散退火可以使在高温下固溶於鋼中的有害氣體（主要是氫）脱溶析出，這時稱為脱氫退火。擴散退火也可以將金屬及其合金加熱到接近或低於固相線的較高温度下長期保温，並用一定的速度冷卻，可以改善或消除鑄件中的枝晶偏析、軋材中的帶狀偏析。因此，這種退火也稱為均勻化退火。
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通過退火改善鋼的成分及其均勻性，必要的條件是一定的加熱温度及足夠長的保温時間。顯然，這些參量都直接關係到固溶體對溶質元素的溶解度、以及溶質原子在基體中的擴散速度和擴散過程進行的程度。
擴散退火脱氫退火
溶解於固溶體中的氫，是造成鋼中出現白點缺陷的主要危險。存在於亞晶界、位錯、晶粒邊界及宏觀區域中的分子氫，不易自鋼中擴散逸出，也不會造成白點，這類分子狀態的氫只能在以後的熱軋、鍛造等壓力加工過程中消除。
用退火的方法可以使固溶氫脱溶，鋼中加入與氫易形成化合物的鈦、鋯、釩、鈮、鑭、鈰等元素亦可使固溶氫減少。圖1指出，氫在鐵中溶解度隨温度下降而降低，同時在同樣温
度下氫在體心立方點陣中（α－Fe，δ－Fe）溶解度小，而在面心立方點陣的γ－Fe中溶解度高。
圖1
從圖2可以出氫在鐵中的擴散係數除隨温度升高而增大外，也與點陣類型有關。
圖2
由表1中還可看出氫在x－Fe中擴散係數比在y－Fe中大的多。
鐵的點陣類型 | 温度（℃） | ||
200 | 400 | 600 | |
α-Fe | 
| 
| 3.0%5Ctimes10%5E%7B-4%7D |
γ-Fe | \ | \ | 
|
為了使鋼中的固溶氫脱溶，應當選擇在使氫的溶解度達到最小的組織狀態，同時又應使氫在鋼中的擴散速度儘可能高的温度，所以一般可在奧氏體等温分解的過程中長期保温來完成。
對大型鍛件，為鍛後儘快消除白點，應冷卻到珠光體轉變速度高的那個温度範圍（C曲線上的“鼻尖”温度區），以儘快獲得鐵素體與碳化物混合組織。同時，在此温度區長時間保温或再加熱到低於A1的較高温度下保温，進行脱氫處理。對於高合金鋼，也可在鍛後首先進行一次完全退火，以改善組織，細化晶粒，使氫的分佈更加均勻，並降低奧氏體的穩定性，從而有利於白點的消除。
擴散退火均勻化退火
擴散退火偏析的形成
在鑄錠、鑄件結晶過程中將形成某些缺陷，例如偏析是鋼液選擇性結晶及與鑄件冷卻條件有關的冶金缺陷。它主要表現為化學成分的不均勻性以及非金屬夾雜物的不均勻分佈。此外，在偏析區還形成大量顯微的及宏觀的氣泡、氣孔。
在化學成分的偏折中又可分為枝晶偏析及區域偏析，後者對造成缺陷的影響更大。在偏析中，碳的偏析具有最重要的意義，因為它直接涉及到鋼的熱處理及其機械性能。
國外根據152個碳鋼及合金鋼錠的偏析資料，用統計分析的方法分析了化學成分，鑄錠尺寸對區域偏析的影響。碳的偏析率用
表示。
所測鋼錠尺寸為直徑0.6~2.25m，重3.5~190噸，高徑比H/D=1.05~3.2，含碳為0.1~0.54%的鹼性平爐或鹼性電爐鋼鑄錠。
式中
一錠身軸線上最大含碳量，%；
研究表明，鋼錠中碳的偏析與鋼錠尺寸之間呈直線比例增長，鋼錠直徑愈大，偏析率愈高。
在鋼錠軸線上某處的含碳量等於其平均含碳量時，該處稱為零偏析。零偏析一般在錠高30%處，但有時也可低到15%，高到75%。
合金元素對碳的偏析率影響程度不同，其中硫、磷、硅顯著提高碳的偏析率，鉬、釩則降低碳的偏析率。因此，為使鋼中的碳的偏析減少，必儘量降低鋼中硫、磷的含量。
擴散退火偏析的有害影響
此外，在大型鑄、鍛件中還存在着氧化物、硅酸鹽、硫化物、化物等夾雜物的偏析。它在鑄錠的A形、V形及過渡偏析區分佈最多。同時，也廣泛地分佈在枝晶的晶界上，這主要由於難熔的氧化物夾雜首先從熔融鋼液中析出並沿着晶界聚集，然後熔點較低的硫化物或氧化物的共晶體也在晶界附近集中，當它們呈鏈狀沿晶界分佈時，對鋼的性能危害甚大。
鑄鍛件中形成的偏析，給以後的熱處理及鋼的性能帶來以下的不良影響：
- 由於偏析的存在，造成大型鑄件、鍛件各部份成分相差較大，從而使相變過程產生差異，它將導致大型鑄件組織與性能極不均勻，同時產生很大的組織應力。
- 偏析區內碳、硫、磷及鉬的不均勻分佈，易在壓力加工及熱處理時形成廢品，氫及其它氧化物、硅酸鹽、氮化物夾雜物在偏析區富集則更增加了形成開裂的危險。
- 偏析將導致機械性能的惡化，熱軋後的偏析區將形成帶狀組織分佈。
真空澆注的鑄錠經鍛造後的機械性能測試表明，在橫向和縱向的機械性能有顯著差別。
