金屬與合金
退火(annealing)
/ uh-NEEL-ing /
把迴紋針來回折彎,它會變硬、變得有彈性,然後折斷;金屬「加工硬化」了,並累積了內應力。退火就是重置鍵:把金屬加熱、保溫、再緩慢冷卻,它就重新變軟、鬆弛、易於加工。鐵匠、珠寶匠與鋼廠都用退火來消除硬度、讓金屬易於成形。
熱讓原子有足夠的移動能力重新排列。當你把冷加工過的金屬保持高溫,會依序發生三件事:回復(內應力鬆弛、糾纏的差排整理歸位)、再結晶(全新、無應變的晶粒成核並長大,取代變形的舊晶粒,軟度就在此恢復),若保溫太久則是晶粒成長(晶粒粗化,可能過度軟化)。鋼有各種具名配方:完全退火加熱到上臨界溫度以上,並在爐中緩冷,得到又軟又粗的波來鐵;製程退火只把低碳鋼板加熱到足以在成形步驟之間再結晶;球化退火則把高碳鋼保持在約 700 degrees C 數小時,直到雪明碳鐵球化成最軟、最易切削的形態。
退火之所以重要,是因為形狀常需冷加工(輥軋、抽拉、沖壓),而每一步都使金屬變硬到快要裂開;在各步驟之間退火能讓它保持可成形。代價是完全退火的金屬處於最軟最弱的狀態,因此退火通常是中間步驟或消除應力的步驟,而非承載零件的最終狀態。要記住的關鍵對比:退火是「緩慢」冷卻以保持柔軟並接近平衡,這與淬火恰恰相反。
要在切削前把 1% 碳的工具鋼球化,可把它保持在約 700 degrees C 數小時;波來鐵中尖銳的雪明碳鐵片會緩慢球化成柔軟的球粒,硬度下降到足以讓鑽頭俐落切削。
再結晶是軟化的核心:變形的晶粒被成核並長大的無應變新晶粒所吞併。
緩慢冷卻是關鍵:退火與淬火起步相同(把鋼加熱),但冷卻速率完全不同。把可硬化鋼快速冷卻反而會使它硬化(生成麻田散鐵),與退火恰恰相反。
又称
另见