退火

將金屬加熱到一定温度，保持足夠時間，然後以適宜速度冷卻（通常是緩慢冷卻，有時是控制冷卻）的一種金屬熱處理工藝。

（1）降低硬度，改善切削加工性；

（2）降低殘餘應力，穩定尺寸，減少變形與裂紋傾向；

（3）細化晶粒，調整組織，消除組織缺陷；

（4）均勻材料組織和成分，改善材料性能或為以後熱處理做組織準備。

在生產中，退火工藝應用很廣泛。根據工件要求退火的目的不同，退火的工藝規範也有多種，常用的有完全退火、球化退火、和去應力退火等。

退火的一個最主要工藝參數是最高加熱温度（退火温度），大多數合金的退火加熱温度的選擇是以該合金系的相圖為基礎的，如碳素鋼以鐵碳平衡圖為基礎（圖1）。各種鋼（包括碳素鋼及合金鋼）的退火温度，視具體退火目的的不同而在各該鋼種的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一温度。各種非鐵合金的退火温度則在各該合金的固相線温度以下、固溶度線温度以上或以下的某一温度。

應用於平衡加熱和冷卻時有固態相變（重結晶）發生的合金。其退火温度為各該合金的相變温度區間以上或以內的某一温度，加熱和冷卻都是緩慢的。合金於加熱和冷卻過程中各發生一次相變重結晶，故稱為重結晶退火，常被簡稱為退火。

這種退火方法，相當普遍地應用於鋼材。鋼的重結晶退火工藝是：緩慢加熱到Ac3（亞共析鋼）或Ac1（共析鋼或過共析鋼）以上30～50℃，保持適當時間，然後緩慢冷卻下來。通過加熱過程中發生的珠光體（或者還有先共析的鐵素體或滲碳體）轉變為奧氏體（第一回相變重結晶）以及冷卻過程中發生的與此相反的第二回相變重結晶，形成晶粒較細、片層較厚、組織均勻的珠光體（或者還有先共析鐵素體或滲碳體）。退火温度在Ac3以上（亞共析鋼）使鋼發生完全的重結晶者，稱為完全退火，退火温度在Ac1與Ac3之間（亞共析鋼）或Ac1與Acm之間（過共析鋼），使鋼發生部分的重結晶者，稱為不完全退火。前者主要用於亞共析鋼的鑄件、鍛軋件、焊件，以消除組織缺陷（如魏氏組織、帶狀組織等），使組織變細和變均勻，以提高鋼件的塑性和韌性。後者主要用於中碳和高碳鋼及低合金結構鋼的鍛軋件。此種鍛、軋件若鍛、軋後的冷卻速度較大時，形成的珠光體較細、硬度較高；若停鍛、停軋温度過低，鋼件中還有大的內應力。此時可用不完全退火代替完全退火，使珠光體發生重結晶，晶粒變細，同時也降低硬度，降低內應力，改善被切削性。此外，退火温度在Ac1與Acm之間的過共析鋼球化退火，也是不完全退火。

重結晶退火也用於非鐵合金，例如鈦合金於加熱和冷卻時發生同素異構轉變，低温為 α相(密排六方結構)，高温為 β相（體心立方結構），其中間是“α+β”兩相區，即相變温度區間。為了得到接近平衡的室温穩定組織和細化晶粒，也可進行重結晶退火，即緩慢加熱到高於相變温度區間不多的温度，保温適當時間，使合金轉變為β相的細小晶粒；然後緩慢冷卻下來，使β相再轉變為α相或α+β兩相的細小晶粒 ^[1]  。

不完全退火是將鐵碳合金加熱到Ac1-Ac3之間的温度，達到不完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻的退火工藝。

不完全退火主要適用於中、高碳鋼和低合金鋼鍛軋件等，其目的是細化組織和降低硬度，加熱温度為Ac1+(40-60)℃，保温後緩慢冷卻 ^[1]  。

應用於鋼和某些非鐵合金如鈦合金的一種控制冷卻的退火方法。對鋼來説，是緩慢加熱到 Ac3（亞共析鋼）或 Ac1（共析鋼和過共析鋼）以上不多的温度，保温一段時間，使鋼奧氏體化，然後迅速移入温度在A1以下不多的另一爐內，等温保持直到奧氏體全部轉變為片層狀珠光體（亞共析鋼還有先共析鐵素體；過共析鋼還有先共析滲碳體）為止，最後以任意速度冷卻下來（通常是出爐在空氣中冷卻）。等温保持的大致温度範圍在所處理鋼種的等温轉變圖上A1至珠光體轉變鼻尖温度這一區間之內（見過冷奧氏體轉變圖）；具體温度和時間，主要根據退火後所要求的硬度來確定（圖2）。等温温度不可過低或過高，過低則退火後硬度偏高；過高則等温保持時間需要延長。鋼的等温退火的目的，與重結晶退火基本相同，但工藝操作和所需設備都比較複雜，所以通常主要是應用於過冷奧氏體在珠光體型相變温度區間轉變相當緩慢的合金鋼。後者若採用重結晶退火方法，往往需要數十小時，很不經濟；採用等温退火則能大大縮短生產週期，並能使整個工件獲得更為均勻的組織和性能。等温退火也可在鋼的熱加工的不同階段來用。例如，若讓空冷淬硬性合金鋼由高温空冷到室温時，當心部轉變為馬氏體之時，在已發生了馬氏體相變的外層就會出現裂紋；若將該類鋼的熱鋼錠或鋼坯在冷卻過程中放入700℃左右的等温爐內，保持等温直到珠光體相變完成後，再出爐空冷，則可免生裂紋。

含β相穩定化元素較高的鈦合金，其β相相當穩定，容易被過冷。過冷的β相，其等温轉變動力學曲線（圖3）與鋼的過冷奧氏體等温轉變圖相似。為了縮短重結晶退火的生產週期並獲得更細、更均勻的組織，亦可採用等温退火 ^[1]  。

亦稱擴散退火。應用於鋼及非鐵合金（如錫青銅、硅青銅、白銅、鎂合金等）的鑄錠或鑄件的一種退火方法。將鑄錠或鑄件加熱到各該合金的固相線温度以下的某一較高温度，長時間保温，然後緩慢冷卻下來。均勻化退火是使合金中的元素髮生固態擴散，來減輕化學成分不均勻性（偏析），主要是減輕晶粒尺度內的化學成分不均勻性（晶內偏析或稱枝晶偏析）。均勻化退火温度所以如此之高，是為了加快合金元素擴散，儘可能縮短保温時間。合金鋼的均勻化退火温度遠高於Ac3，通常是1050～1200℃。非鐵合金錠進行均勻化退火的温度一般是“0.95×固相線温度(K)”，均勻化退火因加熱温度高，保温時間長，所以熱能消耗量大 ^[1]  。

只應用於鋼的一種退火方法。將鋼加熱到稍低於或稍高於Ac1的温度或者使温度在A1上下週期變化，然後緩冷下來。目的在於使珠光體內的片狀滲碳體以及先共析滲碳體都變為球粒狀，均勻分佈於鐵素體基體中（這種組織稱為球化珠光體）。具有這種組織的中碳鋼和高碳鋼硬度低、被切削性好、冷形變能力大。對工具鋼來説，這種組織是淬火前最好的原始組織 ^[1]  。

去應力退火是將工件加熱到Ac1以下的適當温度（非合金鋼在500~600℃），保温後隨爐冷卻的熱處理工藝稱為去應力退火。去應力加熱温度低，在退火過程中無組織轉變，主要適用於毛坯件及經過切削加工的零件，目的是為了消除毛坯和零件中的殘餘應力，穩定工件尺寸及形狀，減少零件在切削加工和使用過程中的形變和裂紋傾向 ^[1]  。

①普通（緩冷）球化退火，緩冷適用於多數鋼種，尤其是裝爐量大時，操作比較方便，但生產週期長；②等温球化退火，適用於多數鋼種，特別是難於球化的鋼以及球化質量要求高的鋼（如滾動軸承鋼）；其生產週期比普通球化退火短，不過需要有能夠控制共析轉變前冷卻速率的爐子；③週期球化退火，適用於原始組織為片層狀珠光體組織的鋼，其生產週期也比普通球化退火短，不過在設備裝爐量大的條件下，很難按控制要求改變温度，故在生產中未廣泛採用；④低温球化退火，適用於經過冷形變加工的鋼以及淬火硬化過的鋼（後者通常稱為高温軟化回火）；⑤形變球化退火，形變加工對球化有加速作用，將形變加工與球化結合起來，可縮短球化時間。它適用於冷、熱形變成形的鋼件和鋼材（如帶材）。

應用於經過冷變形加工的金屬及合金的一種退火方法。目的為使金屬內部組織變為細小的等軸晶粒，消除形變硬化，恢復金屬或合金的塑性和形變能力（回覆和再結晶）。若欲保持金屬或合金表面光亮，則可在可控氣氛的爐中或真空爐中進行再結晶退火。

去除應力退火的鑄、鍛、焊件在冷卻時由於各部位冷卻速度不同會產生內應力，金屬及合金在冷變形加工中以及工件在切削加工過程中也會產生內應力。若內應力較大而未及時予以去除，常導致工件變形甚至形成裂紋。去除應力退火是將工件緩慢加熱到較低温度（例如，灰口鑄鐵是500～550℃，鋼是500～650℃），保温一段時間，使金屬內部發生弛豫，然後緩冷下來。應該指出，去除應力退火併不能將內應力完全去除，而只是部分去除，從而消除它的有害作用。

還有一些專用退火方法，如不鏽耐酸鋼穩定化退火；軟磁合金磁場退火；硅鋼片氫氣退火；可鍛鑄鐵可鍛化退火等。

半導體芯片在經過離子注入以後就需要退火。因為往半導體中注入雜質離子時，高能量的入射離子會與半導體晶格上的原子碰撞，使一些晶格原子發生位移，結果造成大量的空位，將使得注入區中的原子排列混亂或者變成為非晶區，所以在離子注入以後必須把半導體放在一定的温度下進行退火，以恢復晶體的結構和消除缺陷。同時，退火還有激活施主和受主雜質的功能，即把有些處於間隙位置的雜質原子通過退火而讓它們進入替代位置。退火的温度一般為200~800℃，比熱擴散摻雜的温度要低得多 ^[2]  。

蒸發電極金屬以後需要進行退火，使得半導體表面與金屬能夠形成合金，以接觸良好（減小接觸電阻）。這時的退火温度要選取得稍高於金屬-半導體的共熔點（對於Si-Al合金，為570度） ^[2]  。