球化退火又叫Spheroidizing annealing，是使鋼中碳化物球化而進行的退火，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。
球化退火(Spheroidizing annealing):球化退火是使鋼中碳化物球化而進行的退火工藝。
將鋼加熱到Ac1以上20~30℃，保溫一段時間，然后緩慢冷卻到略低于Ac1的溫度，并停留一段時間，使組織轉變完成，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。
球化退火主要適用于共析鋼和過共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。這些鋼經軋制、鍛造后空冷，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，且在以后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，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，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。另外對于一些需要改善冷塑性變形(如沖壓、冷鐓等)的亞共析鋼有時也可采用球化退火。
球化退火加熱溫度為Ac1+(20~40)℃或Acm-(20~30)℃，保溫后等溫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。
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溫球化退火。普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上20~30℃，保溫適當時間，然后隨爐緩慢冷卻，冷到500℃左右出爐空冷。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進行等溫，等溫時間為其加熱保溫時間的1.5倍。等溫后隨爐冷至500℃左右出爐空冷。和普通球化退火相比，等溫球化退火不僅可縮短周期，而且可使球化組織均勻，并能嚴格地控制退火后的硬度。
球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼(如制造刃具，量具，模具所用的鋼種)。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準備。 這種工藝有利于塑性加工和切削加工，還能提高機械韌性。尤其對于軸承鋼、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℃保溫足夠時間，然后以小于20℃/h的速度緩冷到650℃出爐。這種退火工藝適用于共析成分附近的碳素工具鋼。
(2)周期球化退火，也叫循環退火。它是在A點附近的溫度反復進行加熱和冷卻，一般進行3~4個周期，使片狀珠光體在幾次溶解一析出的反復過程中，碳化物得以球化。該工藝生產周期較長，操作不方便，難以控制，適用于片狀珠光體比較嚴重的鋼。
(3)等溫球化退火。一般加熱到800±10℃，保溫后快冷到700±10℃(A1附近)再進行較長時間保溫，之后，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，由于塑性變形的作用，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，之間的溫度進行塑性變形，然后冷卻到稍低于Ac1，溫度進行球化退火;
(2)鋼材在高溫終軋后快冷到一定溫度后直接進行等溫處理的球化退火;
(3)鋼材冷變形后加熱到稍低于Ac1，溫度而進行的球化退火。
球化退火的加熱溫度是影響球化程度完全與否的關鍵因素。加熱溫度選擇合適，既能保證片狀珠光體消失，又能保留一部分未完全溶于奧氏體的碳化物，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。奧氏體化溫度很高時，碳化物全部溶解并均勻化，冷卻后總是得到片狀珠光體。冷卻速度直接影響著碳化物顆粒的大小和均勻性。冷卻太快，碳化物顆粒太細，并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于粗大。
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于球化，并能縮短球化時間，提高球化質量和鋼的疲勞壽命。
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