球化退火適用的材料通常指的是共析鋼和過共析鋼的，例如：碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等，一般用的設備為球化退火爐。球化退火英文為：Spheroidizing annealing，不完全退火用于過共析鋼獲得球狀珠光體組織，又叫球化退火。球化退火是不完全退火的一種，溫度范圍小，在Ac1線上20～30℃。低中碳鋼合金鋼，完全退火后可均勻組織、細化晶粒、降低硬度、便于加工。高碳合金鋼，含有大塊兒狀碳化物，影響基體強度，球化退火目的是將大塊兒狀碳化物變成顆粒狀彌散的細小碳化物，減小對基體的強度影響。

球化退火溫度
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
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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