去应力退火工艺参数的研究

去应力退火工艺能够改善构件的组织和性能，消除加工过程中的残余应力，提高构件的力学性能和几何尺寸的稳定性已广泛应用于机械和材料加工制造行业。温度、保温时间、加热和冷却速度是影响去应力退火效果的主要因素，根据构件的特点和要求的力学性能设计去应力退火工艺参数。本文根据金属材料的基本特性，研究了去应力退火工艺参数的基本原则。

在机械和材料加工过程中，工件会出现不同程度的残余应力，残余应力产生的原因是复杂的，产生的状况是多方面的，既有组织结构不均匀的内生原因，又有加工作用的外在因素。残应力的存在一方面会影响工件的屈服强度，另一方面又会在制造过程中或制造后使工件的加工精度发生变化。残余拉应力影响工件的疲劳强度、屈服极限、应力腐蚀等力学性能，在工件的使用过程中，所发生的破坏事故，除了工件的材料和结构强度外多数是由于残余应力影响而造成的。因此，热处理网(http://rechuli.chvacuum.com/)认为残余应力的消除对于确保工件的加工精度、安全性、可靠性有着十分重要的意义。

1、温度。

去应力退火最重要的是温度，残余应力因塑性变形或蠕变变形而产生松弛就依赖于温度，因此温度的选取就极为重要。适宜的去应力退火温度与材料成分有关，温度的选择一般根据GB/T16923-2008 中钢件的正火与退火工艺规范的选择，去应力退火温度为：Ac1-(100 ～ 200) ℃，一般采用550 ～ 650 ℃。一般认为去应力退火消除应力与蠕变和应力松弛现象有密切的关系，材料的屈服应力是随着加热温度的增加而下降的，因此在加热时，该温度下的残余应力一旦超过此时的屈服应力，就会发生塑性变形，残余应力将会因这种塑性变形而有所缓和。

去应力温度是影响去应力效果的重要因素，一般是依靠高温条件下材料强度的降低来实现消除应力的目的，温度越高，残余应力消除越彻底。对强度、硬度要求较高的工件，在550 ～ 650 ℃去应力退火时，应力消除的同时强度与硬度也降低。为保证工件的机械性能，同时最大限度地消除残余应力，可以选择低于去应力退火工艺规范的温度退火，这时的残余应力低于该温度下的屈服应力。

2、保温时间。

保温时间是去应力退火工艺的另一个重要参数，较短的保温时间使残余应力得不到松弛和释放，没有达到消除残余应力的效果和目的；较长的保温时间不仅设备的利用率降低，同时是对能源的极大浪费，提高了加工成本。在不同的保温温度下，温度越高，残余应力消除的越彻底；在相同的保温时间下，温度越高，残余应力消除越快;在一定的保温温度下，由于加热工件使屈服应力降低而发生塑性变形，残余应力开始快速下降，2 h 后残余应力下降速率明显放缓，这时残余应力比该温度下屈服应力低。因此去应力退火保温时间一般选择3 ～ 5 h，非特定情况下，保温时间长则无益。

3、不同温度下的保温时间。

由于要保证工件材料的硬度，又要使工件有较低残余应力，可应用回火参数进行推算：回火参数

P = T(20 + lgt) 。

式中：P 为回火参数；T 为回火温度，K；t 为回火时间，h。

可以推算出650 ℃ × 1 h 与600 ℃ × 14 h 或者580 ℃ × 45 h 的去应力退火效果相同。所以降低保温温度的同时要大大延长保温时间才能取得相同的效果。

4、加热和冷却速度。

理论上为避免工件受热应力的影响，加热速度与冷却速度是越低越好，而实际生产中这是不现实、不经济的。对于脆性大、导热性差、截面差大的工件在400 ℃加热时，加热速度要均温，400 ℃以上加热速度≤80 ℃ /h；对于普通碳素钢、低合金钢截面差别不大的工件，加热速度≤200 ℃ /h 为宜。

冷却时，先要随炉缓冷，这时工件材料的屈服应力降低，如图1 所示，如果冷却速度过快，工件表面与内部存在太大的温差，所产生的热应力可能超过材料的屈服应力而引起工件变形；即使热应力没有达到引起工件变形的程度，附加热应力也可能使去应力前功尽弃。与加热时相同，对于脆性大、导热性差、截面差大的工件在400 ℃以上冷却时，冷却速度《80 ℃ /h，当炉温≤300 ℃时可出炉空冷；对于普通碳素钢、低合金钢截面差别不大的工件，随炉冷却至400 ℃时可出炉空冷。

5、结语。

(1) 去应力退火尽可能选择较高的温度，温度越高，应力消除得越彻底。

(2) 对于有特殊要求的工件去应力退火也可以选择较低的温度。

(3) 去应力退火保温时间一般为3 ～ 5 h，以利于降低生产成本，提高生产效率。

(4) 对于脆性大、导热性差、截面差大的工件，在400 ℃以上加热和冷却的速度都要≤80 ℃ /h。