卷圆加工中如何降低金属材料的硬度？

在卷圆加工中，降低金属材料硬度的方法主要有以下几种：

一、热处理方法

1. 退火

• 去应力退火的加热温度较低，一般在 500 - 650℃左右。它主要用于消除金属材料在冷加工、铸造、焊接等过程中产生的残余应力。例如，在经过冷冲压后的金属板材进行卷圆加工前，采用去应力退火可以防止在卷圆过程中因残余应力释放而导致的变形和裂纹。

• 这种退火方式不会引起材料组织的明显变化，但能有效降低材料内部的残余应力，使材料在卷圆时更加稳定，一定程度上也有助于改善材料的加工性能，降低硬度带来的加工难度。

• 不完全退火的加热温度范围在 Ac1 - Ac3 之间（Ac1 是指钢在加热时开始形成奥氏体的温度）。主要用于过共析钢（含碳量大于 0.77%）。以 T10 钢（含碳量 1.0% 左右）为例，加热温度约为 730 - 770℃。

• 不完全退火可以使珠光体和二次渗碳体球化，降低材料的硬度，改善切削加工性能和卷圆加工性能。球化后的组织在卷圆时能够减少应力集中，有利于材料的塑性变形。

• 完全退火是将金属材料加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。对于亚共析钢（含碳量小于 0.77%），加热温度一般在 Ac3 以上 30 - 50℃（Ac3 是指亚共析钢加热时，铁素体全部转变为奥氏体的温度）。例如，对于含碳量为 0.4% 的碳钢，加热温度约为 830 - 850℃。

• 这个过程使金属内部的组织均匀化，消除残余应力，并且可以使金属材料的硬度显著降低。在缓慢冷却过程中，奥氏体转变为珠光体等组织，材料的硬度和强度降低，塑性和韧性提高。在卷圆加工前对高硬度的碳钢进行完全退火，可以使其更容易弯曲变形，减少加工过程中出现裂纹的风险。

• 完全退火：

• 不完全退火：

• 去应力退火：

2. 回火

• 高温回火温度在 500 - 650℃，通常和淬火一起称为调质处理。这种处理方式可以使金属材料获得良好的综合力学性能，即强度、塑性和韧性都有较好的平衡。例如，对于一些中碳钢结构件，淬火后高温回火，材料的硬度降低，塑性提高，在卷圆加工时更容易操作，而且加工后的零件质量更好，能够承受一定的载荷。

• 中温回火温度在 350 - 500℃。主要用于各种弹簧钢等。经过中温回火，材料的弹性极限得到提高，硬度有所降低。在卷圆加工一些具有弹性要求的金属材料，如用于制作弹性元件的合金钢时，中温回火后的材料硬度更适合卷圆加工，同时还能保证其弹性性能。

• 低温回火温度一般在 150 - 250℃。主要用于工具钢等淬火后的回火处理。例如，对于淬火后的高速钢刀具，经过低温回火可以降低部分内应力，同时保持较高的硬度和耐磨性。在卷圆加工某些高硬度但需要一定韧性的金属材料时，适当的低温回火可以在保证一定硬度的情况下，提高材料的韧性，减少卷圆过程中的脆断风险。

• 低温回火：

• 中温回火：

• 高温回火：

二、化学方法

1. 渗碳处理后的扩散退火

• 渗碳是一种化学热处理工艺，它可以使低碳金属材料的表面层增加碳含量，从而提高表面硬度。但在某些情况下，如需要对渗碳后的材料进行卷圆加工，过高的表面硬度不利于加工。此时可以采用扩散退火。

• 扩散退火是将渗碳后的材料加热到较高温度（一般高于渗碳温度），并长时间保温，使碳原子在材料内部重新分布，降低表面碳浓度，从而降低表面硬度。例如，对于渗碳后的低碳合金钢，加热到 900 - 950℃，保温数小时，通过碳原子的扩散，使表面硬度降低到适合卷圆加工的程度。

三、机械加工方法辅助降低硬度（间接方式）

1. 预变形处理（冷加工）

• 在卷圆加工前，可以对金属材料进行预变形处理，如冷轧、冷拔等冷加工工艺。虽然冷加工一般会使金属材料硬度增加，但如果控制好变形程度，随后进行适当的退火处理，可以降低材料的硬度。

• 例如，对金属板材进行轻微的冷轧，使其产生一定的塑性变形，然后进行去应力退火。在这个过程中，材料内部的组织结构得到调整，硬度会有所降低，并且材料的各向异性得到改善，有利于卷圆加工。