退火是一種金屬熱處理工藝之一，除此之外還有正火、回火、淬火。退火指的是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時間，然后以適宜速度冷卻。目的是降低硬度，改善切削加工性；消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。退火工藝隨目的之不同而有多種，如等溫退火、均勻化退火、球化退火、去除應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火，以及穩(wěn)定化退火、磁場退火等等。

定義

將金屬加熱到一定溫度，保持足夠時間，然后以適宜速度冷卻 - 通常是緩慢冷卻，有時是控制冷卻的一種金屬熱處理工藝。

目的

- 1?降低硬度，改善切削加工性.

- 2降低殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；

- 3細(xì)化晶粒，調(diào)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后熱處理做組織準(zhǔn)備。

在生產(chǎn)中，退火工藝應(yīng)用很廣泛。根據(jù)工件要求退火的目的不同，退火的工藝規(guī)范有多種，常用的有完全退火、球化退火、和去應(yīng)力退火等。

方法

退火的一個最主要工藝參數(shù)是最高加熱溫度（退火溫度），大多數(shù)合金的退火加熱溫度的選擇是以該合金系的相圖為基礎(chǔ)的，如碳素鋼以鐵碳平衡圖為基礎(chǔ)（圖1）。各種鋼 - 包括碳素鋼及合金鋼的退火溫度，視具體退火目的的不同而在各該鋼種的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一溫度。各種非鐵合金的退火溫度則在各該合金的固相線溫度以下、固溶度線溫度以上或以下的某一溫度。

重結(jié)晶退火 - 完全退火

應(yīng)用于平衡加熱和冷卻時有固態(tài)相變 - 重結(jié)晶發(fā)生的合金。其退火溫度為各該合金的相變溫度區(qū)間以上或以內(nèi)的某一溫度。加熱和冷卻都是緩慢的。合金于加熱和冷卻過程中各發(fā)生一次相變重結(jié)晶，故稱為重結(jié)晶退火，常被簡稱為退火。

這種退火方法，相當(dāng)普遍地應(yīng)用于鋼。鋼的重結(jié)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(dāng)時間，然后緩慢冷卻下來。通過加熱過程中發(fā)生的珠光體（或者還有先共析的鐵素體或滲碳體）轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體（第一回相變重結(jié)晶）以及冷卻過程中發(fā)生的與此相反的第二回相變重結(jié)晶，形成晶粒較細(xì)、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。退火溫度在Ac3以上（亞共析鋼）使鋼發(fā)生完全的重結(jié)晶者，稱為完全退火，退火溫度在Ac1與Ac3之間 - 亞共析鋼或Ac1與Acm之間（過共析鋼），使鋼發(fā)生部分的重結(jié)晶者，稱為不完全退火。前者主要用于亞共析鋼的鑄件、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(xì)和變均勻，以提高鋼件的塑性和韌性。后者主要用于中碳和高碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛軋件。此種鍛、軋件若鍛、軋后的冷卻速度較大時，形成的珠光體較細(xì)、硬度較高；若停鍛、停軋溫度過低，鋼件中還有大的內(nèi)應(yīng)力。此時可用不完全退火代替完全退火，使珠光體發(fā)生重結(jié)晶，晶粒變細(xì)，同時也降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，改善被切削性。此外，退火溫度在Ac1與Acm之間的過共析鋼球化退火，也是不完全退火。

重結(jié)晶退火也用于非鐵合金，例如鈦合金于加熱和冷卻時發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，低溫為α相 - 密排六方結(jié)構(gòu)，高溫為β相（體心立方結(jié)構(gòu)），其中間是“α+β”兩相區(qū)，即相變溫度區(qū)間。為了得到接近平衡的室溫穩(wěn)定組織和細(xì)化晶粒，也進(jìn)行重結(jié)晶退火，即緩慢加熱到高于相變溫度區(qū)間不多的溫度，保溫適當(dāng)時間，使合金轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪嗟募?xì)小晶粒；然后緩慢冷卻下來，使β相再轉(zhuǎn)變?yōu)棣料嗷颚?β兩相的細(xì)小晶粒。

不完全退火

不完全退火是將鐵碳合金加熱到Ac1-Ac3之間溫度，達(dá)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于中、高碳鋼和低合金鋼鍛軋件等，其目的是細(xì)化組織和降低硬度，加熱溫度為Ac1+ - 40-60℃，保溫后緩慢冷卻。

等溫式

應(yīng)用于鋼和某些非鐵合金如鈦合金的一種控制冷卻的退火方法。對鋼來說，是緩慢加熱到Ac3（亞共析

鋼）或Ac1（共析鋼和過共析鋼）以上不多的溫度，保溫一段時間，使鋼奧氏體化，然后迅速移入溫度在A1以下不多的另一爐內(nèi)，等溫保持直到奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑢訝钪楣怏w（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，最后以任意速度冷卻下來 - 通常是出爐在空氣中冷卻。等溫保持的大致溫度范圍在所處理鋼種的等溫轉(zhuǎn)變圖上A1至珠光體轉(zhuǎn)變鼻尖溫度這一區(qū)間之內(nèi) - 見過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖；具體溫度和時間，主要根據(jù)退火后所要求的硬度來確定（圖2）。等溫溫度不可過低或過高，過低則退火后硬度偏高；過高則等溫保持時間需要延長。鋼的等溫退火的目的，與重結(jié)晶退火基本相同，但工藝操作和所需設(shè)備都比較復(fù)雜，所以通常主要是應(yīng)用于過冷奧氏體在珠光體型相變溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變相當(dāng)緩慢的合金鋼。后者若采用重結(jié)晶退火方法，往往需要數(shù)十小時，很不經(jīng)濟(jì)；采用等溫退火則能大大縮短生產(chǎn)周期，并能使整個工件獲得更為均勻的組織和性能。等溫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溫空冷到室溫時，當(dāng)心部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體之時，在已發(fā)生了馬氏體相變的外層就會出現(xiàn)裂紋；若將該類鋼的熱鋼錠或鋼坯在冷卻過程中放入700℃左右的等溫爐內(nèi)，保持等溫直到珠光體相變完成后，再出爐空冷，則可免生裂紋。

含β相穩(wěn)定化元素較高的鈦合金，其β相相當(dāng)穩(wěn)定，容易被過冷。過冷的β相，其等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線（圖3）與鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖相似。為了縮短重結(jié)晶退火的生產(chǎn)周期并獲得更細(xì)、更均勻的組織，亦可采用等溫退火。

均勻化

亦稱擴(kuò)散退火。應(yīng)用于鋼及非鐵合金（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溫度以下的某一較高溫度，長時間保溫，然后緩慢冷卻下來。均勻化退火是使合金中的元素發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散，來減輕化學(xué)成分不均勻性（偏析），主要是減輕晶粒尺度內(nèi)的化學(xué)成分不均勻性（晶內(nèi)偏析或稱枝晶偏析）。均勻化退火溫度所以如此之高，是為了加快合金元素擴(kuò)散，盡可能縮短保溫時間。合金鋼的均勻化退火溫度遠(yuǎn)高于Ac3，通常是1050～1200℃。非鐵合金錠進(jìn)行均勻化退火的溫度一般是“0.95×固相線溫度 - K”，均勻化退火因加熱溫度高，保溫時間長，所以熱能消耗量大。

球化

只應(yīng)用于鋼的一種退火方法。將鋼加熱到稍低于或稍高于Ac1的溫度或者使溫度在A1上下周期變化，然后緩冷下來。目的在于使珠光體內(nèi)的片狀滲碳體以及先共析滲碳體都變?yōu)榍蛄睿鶆蚍植加阼F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。對工具鋼來說，這種組織是淬火前最好的原始組織。

去應(yīng)力式

去應(yīng)力退火是將工件加熱到Ac1以下的適當(dāng)溫度（非合金鋼在500~600℃），保溫后隨爐冷卻的熱處理工藝稱為去應(yīng)力退火。去應(yīng)力加熱溫度低，在退火過程中無組織轉(zhuǎn)變，主要適用于毛坯件及經(jīng)過切削加工的零件，目的是為了消除毛坯和零件中的殘余應(yīng)力，穩(wěn)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。

退火技術(shù)

半導(dǎo)體芯片退火

半導(dǎo)體芯片在經(jīng)過離子注入以后就需要退火。因為往半導(dǎo)體中注入雜質(zhì)離子時，高能量的入射離子會與半導(dǎo)體晶格上的原子碰撞，使一些晶格原子發(fā)生位移，結(jié)果造成大量的空位，將使得注入?yún)^(qū)中的原子排列混亂或者變成為非晶區(qū)，所以在離子注入以后必須把半導(dǎo)體放在一定的溫度下進(jìn)行退火，以恢復(fù)晶體的結(jié)構(gòu)和消除缺陷。同時，退火還有激活施主和受主雜質(zhì)的功能，即把有些處于間隙位置的雜質(zhì)原子通過退火而讓它們進(jìn)入替代位置。退火的溫度一般為200~800C，比熱擴(kuò)散摻雜的溫度要低得多。

蒸發(fā)電極金屬退火

蒸發(fā)電極金屬以后需要進(jìn)行退火，使得半導(dǎo)體表面與金屬能夠形成合金，以接觸良好（減小接觸電阻）。這時的退火溫度要選取得稍高于金屬-半導(dǎo)體的共熔點（對于Si-Al合金，為570度）。