球化退火

球化退火（Spheroidizing annealing）：球化退火是使鋼中碳化物（滲碳體Fe₃C）球化而進行的退火工藝。

將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保温一段時間，然後緩慢冷卻到略低於Ac1的温度，並停留一段時間，使組織轉變完成，得到在鐵素體基體上均勻分佈的球狀或顆粒狀碳化物的組織。 ^[2] 

球化退火主要適用於共析鋼和過共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。這些鋼經軋製、鍛造後空冷，所得組織是片層狀珠光體與網狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以後淬火過程中也容易變形和開裂。而經球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分佈在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便於切削加工，而且在淬火加熱時，奧氏體晶粒不易長大，冷卻時工件變形和開裂傾向小。另外對於一些需要改善冷塑性變形（如衝壓、冷鐓等）的亞共析鋼有時也可採用球化退火。

球化退火加熱温度為Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃，保温後等温冷卻或直接緩慢冷卻。在球化退火時奧氏化是“不完全”的，只是片狀珠光體轉變成奧氏體，及少量過剩碳化物溶解。因此，它不可能消除網狀碳化物，如過共析鋼有網狀碳化物存在，則在球化退火前須先進行正火，將其消除，才能保證球化退火正常進行。 ^[2] 

球化退火工藝方法很多，最常用的兩種工藝是普通球化退火和等温球化退火。普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保温適當時間，然後隨爐緩慢冷卻，冷到500℃左右出爐空冷。等温球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保温後，隨爐冷卻到略低於Ar1的温度進行等温，等温時間為其加熱保温時間的1.5倍。等温後隨爐冷至500℃左右出爐空冷。和普通球化退火相比，等温球化退火不僅可縮短週期，而且可使球化組織均勻，並能嚴格地控制退火後的硬度。

球化退火主要用於過共析的碳鋼及合金工具鋼（如製造刃具，量具，模具所用的鋼種）。其主要目的在於降低硬度，改善切削加工性，併為以後淬火作好準備。 這種工藝有利於塑性加工和切削加工，還能提高機械韌性。尤其對於軸承鋼、工具鋼等鋼種而言，如在淬火前實施球化退火，即可獲得下列效果：

軸承鋼：淬火效果均一；減少淬火變形；提高淬火硬度；改善工件切削性能；提高耐磨性和抗點蝕性等軸承的性能。

工具鋼：淬火效果均一；抑制淬裂、淬彎等現象；提高耐磨性、刀刃鋒利程度及使用壽命。

根據鋼種和退火目的，球化退火可分以下幾種：

(1)普通球化退火，即將鋼加熱到730～740℃保温足夠時間，然後以小於20℃/h的速度緩冷到650℃出爐。這種退火工藝適用於共析成分附近的碳素工具鋼。

(2)週期球化退火，也叫循環退火。它是在A點附近的温度反覆進行加熱和冷卻，一般進行3～4個週期，使片狀珠光體在幾次溶解一析出的反覆過程中，碳化物得以球化。該工藝生產週期較長，操作不方便，難以控制，適用於片狀珠光體比較嚴重的鋼。

(3)等温球化退火。一般加熱到800±10℃，保温後快冷到700±10℃(A1附近)再進行較長時間保温，之後，以30～50℃/h的速度冷卻到600℃出爐。一般軸承鋼多采用此工藝。

(4)變形-球化退火。將塑性變形與球化退火工藝結合在一起，由於塑性變形的作用，鋼內位錯密度和畸變能增加，促使片狀碳化物在退火時加速溶斷和球化，從而加快球化速度，縮短球化退火時間。

根據變形制度的不同，又可分為：

(1)將鋼材加熱到Acm和Ac1，之間的温度進行塑性變形，然後冷卻到稍低於Ac1，温度進行球化退火；

(2)鋼材在高温終軋後快冷到一定温度後直接進行等温處理的球化退火；

(3)鋼材冷變形後加熱到稍低於Ac1，温度而進行的球化退火。

球化退火的加熱温度是影響球化程度完全與否的關鍵因素。加熱温度選擇合適，既能保證片狀珠光體消失，又能保留一部分未完全溶於奧氏體的碳化物，作為球化核心，最終形成較粗大的顆粒狀碳化物的正常球化組織。奧氏體化温度很高時，碳化物全部溶解並均勻化，冷卻後總是得到片狀珠光體。冷卻速度直接影響着碳化物顆粒的大小和均勻性。冷卻太快，碳化物顆粒太細，並有形成片狀碳化物的可能，使硬度偏高。冷卻過慢時碳化物顆粒又過於粗大。

球化前的珠光體細薄、碳化物細小而分散時，經形變熱處理而得到的退化珠光體組織等最易於球化，並能縮短球化時間，提高球化質量和鋼的疲勞壽命。 ^[3]