1、技术部 2012年4月15日工艺工程师岗位培训之退火基础知识退火基础知识讲座1、退火的种类及目的2、退火原理3、退火工艺的制定4、退火炉构造说明退火的应用及目的什么叫热处理？热处理是在生产金属材料半成品工件中使用的一种加工方法，它是通过金属或合金在一定的介质或气氛中进行加热，保温和冷却等操作，以改善和控制产品的组织性能的热处理过程，是充分发挥材料潜力的一种重要手段。有色金属及其合金最常使用的热处理方式有退火、淬火及时效，形变热处理也有应用，化学热处理应用较少。在机械制造和金属材料生产中，热处理是一项要求严格和十分重要的生产工序，必须认真对待。目前，龙鼎铝业采用的热处理方式是退火，包括均匀化退火
2、、中间退火、成品退火三种。任何热处理过程都包括加热、保温和冷却三个阶段，如下图所示，热处理与轧制、挤压、锻造等压力加工方法不同，它是改变和控制材料的组织和性能。热处理所需的设备比较简单，投资较少，操作简便。退火的应用及目的退火的原因 金属材料的成品或半成品中常常存在残余应力，成份不均匀，组织不稳定及表面质量不佳，如产品偏硬，或表面油污等缺陷，影响产品的进一步轧制生产，或成品表面质量。因此，需要通过退火的方式来获得预想要的组织、性能以及表面清洁度等质量指标。退火主要分为升温、保温、冷却三个阶段。升温速度关系到产品的表面质量，保温温度与时间则直接关系到产品的最终力学性能和除油效果。退火的分类 按照
3、退火的目的来分类，可以分为均匀化退火、中间软化退火、成品退火三种。每种退火的目的不一样，退火的要求、方式及工艺也不一样。退火的应用及目的均匀化退火：均匀化退火，是将材料加热到一定的温度（一般为材料熔点的0.750.85之间），并长时间保温（510个小时），以起到消除材料在铸造过程中产生的晶界或晶内偏析的作用，使得材料内部形成均匀的，弥散分布的固溶体组织。经过均匀化处理的材料，有利于后到工序的轧制可退火后形成细小均匀的经历组织，保证材料的力学性能。中间退火：两种情况下需要进行中间退火，一种是为了便于材料的后续加工，在材料轧制到某一厚度时，对材料进行完全再结晶退火，使材料达到O状态（全软状态），以
4、利于后工序的轧制，中间退火对于轧制0.05mm以下铝箔尤为重要；另一种是对于成品状态为H14/H16/H18等产品，通过选择恰当的中间厚度，对材料进行一次完全再结晶或者不完全再结晶退火，确保材料在经过后续相应的加工率，获得客户所期望的机械性能。退火的应用及目的成品退火：成品退火的目的也可以分为两个：一个是为了得到客户所预期的机械性能；一个是为了消除材料表面的油污，得到洁净的材料表面。但一般材料均期望同时得到上述两个目的。成品退火根据材料的性能要求不同，可以分为：完全再结晶退火和不完全再结晶退火。完全再结晶退火是指将材料加热到其完全再结晶温度以上并保温一定时间后，冷却出炉，其对应得到的产品状态为
5、O状态。不完全再结晶退火，则是将材料加热到其完全再结晶温度附近，让材料发生局部再结晶，来降低材料的强度，并提高材料的塑性，不完全再结晶退火对应得到的材料状态为H22/H24/H26等几种。也有少数产品在进行成品退火时，即要保证除油，又要保证材料不会因退火而有过多的强度损失的，例如药箔。这个时候就需要将材料加热到材料的回复温度以下（100左右）长时间保温，即确保油污被烘掉，又能保证材料强度不会发生大的变化。退火的原理退火理论退火理论 在金属材料的半成品或制件中常常存在残余应力，成份不均匀，组织不稳定及表面质量不佳，如箔材表面油污等缺陷。这些缺陷严重影响材料的工艺性能和使用性能，如塑性低，耐腐蚀性
6、差、机械性能不好，表面光洁度差以及不符合用户要求等。要消除或减少这些缺陷以提高材料的工艺性能和使用性能，必须进行退火。退火的概念退火的概念 所谓退火，就是指把工件以一定的加热速度加热到适当的温度，保持一定时间（称为保温），以缓慢的速度冷却的一种工艺过程，根据退火工艺的不同，退火又分为去应力退火、再结晶退火和均匀化退火等。退火的原理（1）完全再结晶退火 对于要求软状态供货的产品，需进行完全再结晶退火，退火温度要求在再结晶温度以上，保温时间要充分的长，铝箔成品退火一般在带有强制循环空气的电阻炉内加热。（2）不完全再结晶退火 不完全再结晶退火包括消除应力退火和部分软化退火两种。主要用于纯铝及不可热处
7、理强化铝合金等各种状态的生产。消除内应力退火时，金属的组织不发生变化，仍保持着加工变形组织，只消除了铝材内部的残余应力。部分软化退火时，则使金属的组织发生部分变化，除了存在着加工变形组织外，还存在着一定量的再结晶组织，根据对制品软硬程度要求的不同，可采取不同温度和时间的退火制度，制订合理的不完全再结晶退火制度时，先必须测出退火温度与机械性能之间的变化曲线，再根据技术条件规定的性能指标定出退火温度和保温时间。退火的原理退火过程中金属组织和性能的变化退火过程中金属组织和性能的变化 把工件加热到再结晶温度以上，保持一定时间，而后以缓慢速度冷却的工艺过程均为再结晶退火。进行再结晶退火的目的是细化晶粒，
8、充分消除应力和使 合金的强度降低，塑性变形能力提高。通过冷变形而产生了加工硬化的金属，根据加热温度高低不同，其组织和性能的变化过程可分为回复、再结晶、及晶粒长大三个阶段。其示意图如右图。退火的原理回复阶段 回复是退火过程的第一阶段，当加热温度不高时，也就是说加热温度低于变形金属开始发生再结晶的温度时，由于原子活动能力不大，只能作短距离的扩散运动，此时只能消除晶格的歪扭和畸变，但不能形成新的再结晶晶粒。当用光学显微镜观察时，看不到金属的内部组织有任何变化。此时，金属的强度和硬度稍有降低，塑性略有提高，但是，在回复过程中，金属的某些物理性能却有明显的变化，如金属的电阻和内应力发生了明显的下降。这个
9、阶段基本上还保持着冷作硬化状态金属的主要特征。退火的原理再结晶阶段 凡是在变形金属或合金的基体上，经过退火加热而形成了由新的晶粒所构成的显微组织叫做再结晶，又称为一次再结晶或加工再结晶。冷变形金属的再结晶是个成核和长大过程，新晶粒晶核的晶格畸变比周围的金属小，是自由能低的稳定结构。所以它能逐渐吞并自由能高的基体而长大，晶粒长大的动力是加工变形引起的应变能的降低。因此又称加工再结晶，某些再结晶晶粒吞并周围邻接的晶粒而长大的过程叫做聚集再结晶，它的动力与加工再结晶不同，不是应变，而是晶粒的表面能降低。必须指出，再结晶过程并未形成的等轴晶粒在晶格类型与原来晶粒是相同的，只不过是消除了各种塑性变形造成
10、的一些晶体缺陷。再结晶与液体结晶及同素异构转变不同，它没有一个固定的结晶温度，而是在加热过程中自某一个温度开始，随着温度的升高或时间的延长而进行成核及长大的过程，通常以再结晶开始温度作为再结晶温度。退火的原理晶粒长大 冷变形金属在再结晶之后，一般都可以得到细而均匀的等轴晶粒，如果加热温度很高，或者加热时间过长，再结晶后的晶粒开始聚集它通过表面能小的大晶粒吞并表面能大的小晶粒，这种晶粒长大的过程，称为聚集再结晶。从热力学条件来看，晶粒的粗化可以减少表面能。使金属或合金处于较稳定的、自由能较低的状态，因此，晶粒长大是一种自发过程，但是需要原子不较强的扩散能力，以完成晶粒长大时晶界的迁移运动。而在高
11、温加热下，使其具备了这一条件，晶界的移动与其曲率有关，晶界的曲率越大则其表面积也越大。因此，一个弯曲的晶界有向其曲率中心移动而使其变得平直的趋势，小晶粒的晶界一般具有凸面，而大晶粒的晶界为凹面，因此，晶界移动的结果是小晶粒易为相邻的大结晶粒所吞并。在过高的温度中加热，晶界发生氧化，或晶粒的平均尺寸接近铝箔厚度时，晶粒停止长大，甚至退火温度再提高，晶粒也不再长大。聚集再结晶的后期，晶粒均匀发育到平衡状态后，即不再长大，各个晶粒比较均匀。退火工艺的制定 一套完整的退火工艺包括了材料的退火厚度、尺寸规格、装炉量、升温速度，升温温度，保温时间、冷却速度，出炉温度等一些列的参数。制定退火工艺时，一般可参
12、考如下几项内容或情况来选定温度和时间。1、退火厚度：取决于成品的性能要求及轧制厚度。例如，客户要求1100H18状态，抗拉强度180200Mpa以内，那么中间退火厚度就不能太厚，一般取1.52.0mm之间为宜。又如，客户要求成品轧制0.005mm，那么，中间退火厚度也不能太厚，否则总加工率过大，将不利于后续轧制。2、升温速度：取决与产品的表面带油情况、尺寸规格。例如，表面带油量大的时候，可以选择低速升温，防止升温速度过快，两端面提前闭合导致除油困难，又如，来料厚度很薄，宽度很宽，则也应该选择低速升温，否则除引起除油不净外，还可能会导致铝箔变形、起鼓。退火工艺的制定 3、保温温度：取决于材料性能
13、要求以及表面除油要求。对于一般产品，只需要考虑材料退火后的性能要求即可。对于铝箔产品，还需要考虑产品的最终除油情况，一般O状态铝箔至少要求表面刷水性达到B级，大部分客户要求达到A级，这时候可以考虑在不影响性能的情况下，适当提高退火温度。4、保温时间：取决于材料的性能要求、尺寸规格、除油要求。对于有的要求材料刚性好，延伸率高的产品，一般会选择低温、更长时间保温的方式来退火；材料卷径大，宽度宽的产品，保温时间也相应的延长；对于要求测试刷水性能的O状态铝箔，其保温时间会比一般的铝箔保温时间长得多，主要目的就是要通过长时间的保温确保油份挥发掉，确保表面无油污油痕现象。退火工艺的制定 5、冷却速度：取决
14、于材料的宽度、厚度。一般对于厚度较厚的产品（0.1mm及以上），为提高退火炉使用效率，一般会采用旁冷手段，以最快的速度使材料冷却下来，对于较薄的铝箔，则会选定一定的冷却斜率，防止因冷却速度快，引起铝箔局部冷热不均，产生起鼓现象。对于较宽的铝箔，如宽度大于700mm的铝箔，甚至还需要选定一个冷却保温温度（一般选定为200或180）。6、出炉温度：取决于炉门对高温的承受能力，一般选择170200 之间，温度过高会导致炉门变形，影响退火炉的密封性，出炉温度过低，又会导致长时间占用退火炉，降低设备利用率。退火工艺的制定退火工艺的编写方式：退火炉的构造说明 炉子部分主要有炉门、启门机构、炉体（炉顶、炉底
15、、前后左右墙、导流装置）、风机装置、加热器、排油烟换气系统、风机轴承、水冷系统、气动系统、料盘、冷却室等组成。1、炉门及启门机构 炉子的正面是一个保温性能良好的炉门，炉门升降由电机经减速器带动卷筒转动，从而通过钢丝绳使得炉门沿滑道上升式下降，通过四个器缸的动作使炉门与门框压紧或松开，炉子工作时，炉门是紧压的，炉门松开后才能升降。当炉门升至上顶点后，安装于炉门框上部两侧的两个安全销在气缸的带动下，将炉门锁住，以防炉门意外落下，发生事故。退火炉工作时，炉门应能够起到密封作用，否则热气流将会致使炉门变形，损坏炉门。2、炉体 炉体为炉子的主体，它起着支撑各种构件和保温作用。它的外面是由型钢组成的构架，
16、炉体、侧壁和底均有保温层，保温层为硅酸铝纤维毡及岩绵板等。保温层外侧为普通钢板与构架焊接成的密封整体。内侧为ICr13钢板通过拉杆将保温和内侧钢板固定。退火炉的构造说明 3、空气循环系统 炉子顶部装有高温轴流式风机，电加热器位于风道上方，风由两侧风道进入炉膛，经工件进入吸风口，形成热循环，风机和风道导流板均由吊杆固定在炉顶构架上。4、电加热系统 在炉顶装有加热器，顶装加热器固定在炉顶构架上，对物料进行循环加热。5、冷却水系统 炉顶的主轴流风机的叶轮转动在高温下高速旋转，为轴承在高温下能正常工作，故设有冷却系统，系统中装有流量开关，在水流量低于规定值时，自动报警，从而保证各用水部门的正常供水。6
17、、气动系统 炉门压紧和松开，炉门框架上的安全销的插和与拔出，换气系统的气动阀，冷却器闸板的提升和放下均由气缸完成，控制器缸的压缩空气的压力必须在一定范围内以保证系统可靠工作。退火炉的构造说明 7、换气系统 在铝卷升温阶段，换气系统能及时的排出由铝卷内挥发的油烟，在保温阶段，当炉温过高时又能适时的通过手动吸入冷空气，温度降下，保证炉温的均匀性。8、料盘 料盘放在炉底两侧的两排立柱上，铝卷放在料盘上，通过装卸料车送进及取出。9、冷却室 在炉子后部设有对料卷进行风冷的冷却室。冷却室通过进风管和排风管与炉体相连，冷却室内设有换热器，换热器管内通有冷却循环水经换热器冷却后的炉气由冷却风机送入炉膛内部，进行炉气冷却循环，同时在进、排气管路间设有气动闸板。
