技術部2023年4月15日工藝工程師崗位培訓之退火根底學問退火根底學問講座1、退火的種類及目的2、退火原理3、退火工藝的制定4、退火爐構造說明退火的應用及目的什么叫熱處理？熱處理是在生產金屬材料半成品工件中使用的一種加工方法，它是通過金屬或合金在確定的介質或氣氛中進展加熱，保溫存冷卻等操作，以改善和把握產品的組織性能的熱處理過程，是充分發揮材料潛力的一種重要手段。有色金屬及其合金最常使用的熱處理方式有退火、淬火準時效，形變熱處理也有應用，化學熱處理應用較少。在機械制造和金屬材料生產中，熱處理是一項要求嚴格和特殊重要的生產工序，必需認真對待。目前，龍鼎鋁業承受的熱處理方式是退火，包括均勻化退火、中間退火、成品退火三種。任何熱處理過程都包括加熱、保溫存冷卻三個階段，如以以以下圖所示，熱處理與軋制、擠壓、鍛造等壓力加工方法不同，它是轉變和把握材料的組織和性能。熱處理所需的設備比較簡潔，投資較少，操作簡便。退火的應用及目的退火的緣由金屬材料的成品或半成品中常常存在剩余應力，成份不均勻，組織不穩定及外表質量不佳，如產品偏硬，或外表油污等缺陷，影響產品的進一步軋制生產，或成品外表質量。因此，需要通過退火的方式來獲得預想要的組織、性能以及外表清潔度等質量指標。退火主要分為升溫、保溫、冷卻三個階段。升溫速度關系到產品的外表質量，保溫溫度與時間則直接關系到產品的最終力學性能和除油效果。退火的分類依據退火的目的來分類，可以分為均勻化退火、中間軟化退火、成品退火三種。每種退火的目的不一樣，退火的要求、方式及工藝也不一樣。退火的應用及目的均勻化退火：均勻化退火，是將材料加熱到確定的溫度〔一般為材料熔點的0.75~0.85之間〕，并長時間保溫〔5~10個小時〕，以起到消退材料在鑄造過程中產生的晶界或晶內偏析的作用，使得材料內部形成均勻的，彌散分布的固溶體組織。經過均勻化處理的材料，有利于后到工序的軋制可退火后形成細小均勻的經受組織，保證材料的力學性能。中間退火：兩種狀況下需要進展中間退火，一種是為了便于材料的后續加工，在材料軋制到某一厚度時，對材料進展完全再結晶退火，使材料到達O狀態〔全軟狀態〕，以利于后工序的軋制，中間退火對于軋制0.05mm以下鋁箔尤為重要；另一種是對于成品狀態為H14/H16/H18等產品，通過選擇恰當的中間厚度，對材料進展一次完全再結晶或者不完全再結晶退火，確保材料在經過后續相應的加工率，獲得客戶所期望的機械性能。退火的應用及目的成品退火：成品退火的目的也可以分為兩個：一個是為了得到客戶所預期的機械性能；一個是為了消退材料外表的油污，得到潔凈的材料外表。但一般材料均期望同時得到上述兩個目的。成品退火依據材料的性能要求不同，可以分為：完全再結晶退火和不完全再結晶退火。完全再結晶退火是指將材料加熱到其完全再結晶溫度以上并保溫確定時間后，冷卻出爐，其對應得到的產品狀態為O狀態。不完全再結晶退火，則是將材料加熱到其完全再結晶溫度四周，讓材料發生局部再結晶，來降低材料的強度，并提高材料的塑性，不完全再結晶退火對應得到的材料狀態為H22/H24/H26等幾種。也有少數產品在進展成品退火時，即要保證除油，又要保證材料不會因退火而有過多的強度損失的，例如藥箔。這個時候就需要將材料加熱到材料的回復溫度以下〔100℃左右〕長時間保溫，即確保油污被烘掉，又能保證材料強度不會發生大的變化。退火的原理退火理論在金屬材料的半成品或制件中常常存在剩余應力，成份不均勻，組織不穩定及外表質量不佳，如箔材外表油污等缺陷。這些缺陷嚴峻影響材料的工藝性能和使用性能，如塑性低，耐腐蝕性差、機械性能不好，外表光滑度差以及不符合用戶要求等。要消退或削減這些缺陷以提高材料的工藝性能和使用性能，必需進展退火。退火的概念所謂退火，就是指把工件以確定的加熱速度加熱到適當的溫度，保持確定時間〔稱為保溫〕，以緩慢的速度冷卻的一種工藝過程，依據退火工藝的不同，退火又分為去應力退火、再結晶退火和均勻化退火等。退火的原理〔1〕完全再結晶退火對于要求軟狀態供貨的產品，需進展完全再結晶退火，退火溫度要求在再結晶溫度以上，保溫時間要充分的長，鋁箔成品退火一般在帶有強制循環空氣的電阻爐內加熱。〔2〕不完全再結晶退火不完全再結晶退括消退應力退火和局部軟化退火兩種。主要用于純鋁及不行熱處理強化鋁合金等各種狀態的生產。消退內應力退火時，金屬的組織不發生變化，仍保持著加工變形組織，只消退了鋁材內部的剩余應力。局部軟化退火時，則使金屬的組織發生局部變化，除了存在著加工變形組織外，還存在著確定量的再結晶組織，依據對制品軟硬程度要求的不同，可實行不同溫度和時間的退火制度，制訂合理的不完全再結晶退火制度時，先必需測出退火溫度與機械性能之間的變化曲線，再依據技術條件規定的性能指標定出退火溫度和保溫時間。退火的原理退火過程中金屬組織和性能的變化把工件加熱到再結晶溫度以上，保持確定時間，而后以緩慢速度冷卻的工藝過程均為再結晶退火。進展再結晶退火的目的是細化晶粒，充分消退應力和使合金的強度降低，塑性變形力氣提高。通過冷變形而產生了加工硬化的金屬，依據加熱溫度凹凸不同，其組織和性能的變化過程可分為回復、再結晶、及晶粒長大三個階段。其示意圖如右圖。退火的原理回復階段回復是退火過程的第一階段，當加熱溫度不高時，也就是說加熱溫度低于變形金屬開頭發生再結晶的溫度時，由于原子活動力氣不大，只能作短距離的集中運動，此時只能消退晶格的歪扭和畸變，但不能形成新的再結晶晶粒。當用光學顯微鏡觀看時，看不到金屬的內部組織有任何變化。此時，金屬的強度和硬度稍有降低，塑性略有提高，但是，在回復過程中，金屬的某些物理性能卻有明顯的變化，如金屬的電阻和內應力發生了明顯的下降。這個階段根本上還保持著冷作硬化狀態金屬的主要特征。退火的原理再結晶階段但凡在變形金屬或合金的基體上，經過退火加熱而形成了由新的晶粒所構成的顯微組織叫做再結晶，又稱為一次再結晶或加工再結晶。冷變形金屬的再結晶是個成核和長大過程，新晶粒晶核的晶格畸變比四周的金屬小，是自由能低的穩定構造。所以它能漸漸吞并自由能高的基體而長大，晶粒長大的動力是加工變形引起的應變能的降低。因此又稱加工再結晶，某些再結晶晶粒吞并四周鄰接的晶粒而長大的過程叫做聚攏再結晶，它的動力與加工再結晶不同，不是應變，而是晶粒的外表能降低。必需指出，再結晶過程并未形成的等軸晶粒在晶格類型與原來晶粒是一樣的，只不過是消退了各種塑性變形造成的一些晶體缺陷。再結晶與液體結晶及同素異構轉變不同，它沒有一個固定的結晶溫度，而是在加熱過程中自某一個溫度開頭，隨著溫度的上升或時間的延長而進展成核及長大的過程，通常以再結晶開頭溫度作為再結晶溫度。退火的原理晶粒長大冷變形金屬在再結晶之后，一般都可以得到細而均勻的等軸晶粒，假設加熱溫度很高，或者加熱時間過長，再結晶后的晶粒開頭聚攏它通過外表能小的大晶粒吞并外表能大的小晶粒，這種晶粒長大的過程，稱為聚攏再結晶。從熱力學條件來看，晶粒的粗化可以削減外表能。使金屬或合金處于較穩定的、自由能較低的狀態，因此，晶粒長大是一種自發過程，但是需要原子不較強的集中力氣，以完成晶粒長大時晶界的遷移運動。而在高溫加熱下，使其具備了這一條件，晶界的移動與其曲率有關，晶界的曲率越大則其外表積也越大。因此，一個彎曲的晶界有向其曲率中心移動而使其變得平直的趨勢，小晶粒的晶界一般具有凸面，而大晶粒的晶界為凹面，因此，晶界移動的結果是小晶粒易為相鄰的大結晶粒所吞并。在過高的溫度中加熱，晶界發生氧化，或晶粒的平均尺寸接近鋁箔厚度時，晶粒停頓長大，甚至退火溫度再提高，晶粒也不再長大。聚攏再結晶的后期，晶粒均勻發育到平衡狀態后，即不再長大，各個晶粒比較均勻。退火工藝的制定一套完整的退火工藝包括了材料的退火厚度、尺寸規格、裝爐量、升溫速度，升溫溫度，保溫時間、冷卻速度，出爐溫度等一些列的參數。制定退火工藝時，一般可參考如下幾項內容或狀況來選定溫度和時間。1、退火厚度：取決于成品的性能要求及軋制厚度。例如，客戶要求1100H18狀態，抗拉強度180~200Mpa以內，那么中間退火厚度就不能太厚，一般取1.5~2.0mm之間為宜。又如，客戶要求成品軋制0.005mm，那么，中間退火厚度也不能太厚，否則總加工率過大，將不利于后續軋制。2、升溫速度：取決與產品的外表帶油狀況、尺寸規格。例如，外表帶油量大的時候，可以選擇低速升溫，防止升溫速度過快，兩端面提前閉合導致除油困難，又如，來料厚度很薄，寬度很寬，則也應中選擇低速升溫，否則除引起除油不凈外，還可能會導致鋁箔變形、起鼓。退火工藝的制定3、保溫溫度：取決于材料性能要求以及外表除油要求。對于一般產品，只需要考慮材料退火后的性能要求即可。對于鋁箔產品，還需要考慮產品的最終除油狀況，一般O狀態鋁箔至少要求外表刷水性到達B級，大局部客戶要求到達A級，這時候可以考慮在不影響性能的狀況下，適當提高退火溫度。4、保溫時間：取決于材料的性能要求、尺寸規格、除油要求。對于有的要求材料剛性好，延長率高的產品，一般會選擇低溫、更長時間保溫的方式來退火；材料卷徑大，寬度寬的產品，保溫時間也相應的延長；對于要求測試刷水性能的O狀態鋁箔，其保溫時間會比一般的鋁箔保溫時間長得多，主要目的就是要通過長時間的保溫確保油份揮發掉，確保外表無油污油痕現象。退火工藝的制定5、冷卻速度：取決于材料的寬度、厚度。一般對于厚度較厚的產品〔0.1mm及以上〕，為提高退火爐使用效率，一般會承受旁冷手段，以最快的速度使材料冷卻下來，對于較薄的鋁箔，則會選定確定的冷卻斜率，防止因冷卻速度快，引起鋁箔局部冷熱不均，產生起鼓現象。對于較寬的鋁箔，如寬度大于700mm的鋁箔，甚至還需要選定一個冷卻保溫溫度〔一般選定為200℃或180℃〕。6、出爐溫度：取決于爐門對高溫的承受力氣，一般選擇170~200℃之間，溫度過高會導致爐門變形，影響退火爐的密封性，出爐溫度過低，又會導致長時間占用退火爐，降低設備利用率。退火工藝的制定退火工藝的編寫方式：退火爐的構造說明爐子局部主要有爐門、啟門機構、爐體〔爐頂、爐底、前后左右墻、導流裝置〕、風機裝置、加熱器、排油煙換氣系統、風機軸承、水冷系統、氣動系統、料盤、冷卻室等組成。1、爐門及啟門機構爐子的正面是一個保溫性能良好的爐門，爐門升降由電機經減速器帶動卷筒轉動，從而通過鋼絲繩使得爐門沿滑道上升式下降，通過四個器缸的動作使爐門與門框壓緊或松開，爐子工作時，爐門是緊壓的，爐門松開后才能升降。當爐門升至上頂點后，安裝于爐門框上部兩側的兩個安全銷在氣缸的帶動下，將爐門鎖住，以防爐門意外落下，發生事故。退火爐工作時，爐門應能夠起到密封作用，否則熱氣流將會致使爐門變形，損壞爐門。2、爐體爐體為爐子的主體，它起著支撐各種構件和保溫作用。它的外面是由型鋼組成的構架，爐體、側壁和底均有保溫層，保溫層為硅酸鋁纖維氈及巖綿板等。保溫層外側為一般鋼板與構架焊接成的密封整體。內側為ICr13鋼板通過拉桿將保溫存內側鋼板固定。退火爐的構造說明3、空氣循環系統爐子頂部裝有高溫軸流式風機，電加熱器位于風道上方，風由兩側風道進入爐膛，經工件進入吸風口，形成熱循環，風機和風道導流板均由吊桿固定在爐頂構架上。4、電加熱系統在爐頂裝有加熱器，頂裝加熱器固定在爐頂構架上，對物料進展循環加熱。5、冷卻水系統爐頂的主軸流風機的葉輪轉動在高溫下高速旋轉，為軸承在高溫下能正常工作，故設有冷卻系統，系統中裝有流量開關，在水流量低于規定值時，自動報警，從而保證各用水部門的正常供水。6、氣動系統爐門壓緊和松開，爐門框架上的安全銷的插和與拔出，換氣系統的氣動閥，冷卻器閘板的提升和放下均由氣缸完成，把握器缸的壓縮空氣的壓力必需在確定范圍內以