模具钢材退火的目的及工艺选择原则

退火一般是把模具钢材加热到高于临界温度约20~30℃，保温一定时间，随后使其缓冷到室温以获得接近于平衡状态组织的工艺。其目的在于：使模具钢材的硬度降至接近最低值；消除模具钢材的内应力；使模具钢材的化学成分均匀以及细化模具钢材的晶粒、改善模具钢材的组织，为后续加工工序作准备。常把某些低于临界温度A1以下的热处理也称做退火，例如软化退火和再结晶退火等等。

退火工艺应根据退火的目的来决定。退火成功与否，几乎完全取决于奥氏体的形成和均匀化，以及随后缓慢冷却时奥氏体在适当过冷情况下的分解。经过热加工（锻轧）缓慢冷却下来的钢，其金相组织为铁素体和碳化物的混合组织，其碳化物含量多少及分布情况一般决定于模具钢材的化学成分、停锻或停轧温度以及冷却速度等。如将具有此种组织的模具钢材加热到Ac1，及Ac3（或Accm）之间，并保持足够的时间，除形成奥氏体外，还将含有一部分铁素体或碳化物。对于亚共析钢而言，加热到上述温度范围时，其中的碳化物将迅速地固溶于奥氏体中，并保留一部分铁素体。而过共析钢，除碳化物溶入奥氏体使达饱和状态外，还将留存一部分碳化物，此种留存的碳化物在适当条件下将聚集球化。若加热温度高于Ac3或Accm，则将形成单相的奥氏体组织。但一些高碳高合金钢，如高碳高铬冷作模具钢等，由于其中的特殊碳化物十分稳定，不易溶入奥氏体中，以致加热温度虽然高于Accm并保持较长时间，也难获得单一的奥氏体组织。奥氏体在高温时的均匀程度、晶粒大小以及是否有碳化物颗粒存在，对钢的退火组织有决定性的影响。单相均匀的奥氏体缓冷后，除在晶界上出现数量不同的先共析产物（铁素体或碳化物）外，晶粒内部将为粗细不同的珠光体。如奥氏体中有呈弥散状态分布的碳化物颗粒存在，缓冷时又在略低于下临界点保温较长时间，则将形成球化体。

退火的允许加热速度随模具钢材的化学成分、原始组织的不同而变。通常，模具钢材中合金元素多，则加热速度应慢些。

在退火过程中，奥氏体形成的速度和成分的均匀程度决定于加热温度的高低和保温时间的长短。加热温度愈高，保温时间愈长，则奥氏体形成愈快，成分也愈均匀。但与此同时，尤其是加热温度愈高奥氏体的晶粒就会变得愈粗大。

在退火的正常缓冷条件下，均匀的奥氏体除先析出先共析产物外，其余将转变成珠光体。其转变温度与冷却速度有关，若冷却速度愈快，奥氏体的转变温度愈低，珠光体的片层也将随转变温度的降低而变得细薄，先共析产物的数量也将随冷却速度的增加而减少。由此可见模具钢材退火加热保温后的冷却速度的控制是很重要的。因为无论是先共析产物的多少和珠光体的粗细，都将影响模具钢材退火后的各种性能。

退火工艺需要很长时间。为了缩短整个退火工艺过程的周期，当缓冷至已获得所需组织和硬度（此时转变已经完成）的温度后，即可适当地使其快速冷却至室温。模具钢材退火，应在带有保护气氛的热处理炉内进行，以防止氧化或脱碳等疵病的发生。