熱處理“四把火”詳解
2023-01-10 來自: 沈陽市中聯(lián)銅鋁業(yè)有限公司 瀏覽次數(shù):1345
鋼的熱處理工藝就是通過加熱、保溫和冷卻的方法改變鋼的組織結(jié)構(gòu)以獲得工件所要求性能的一種熱加工工藝。鋼在加熱和冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律為制定正確的熱處理工藝提供了理論依據(jù),其熱處理工藝參數(shù)的確定使具體工件滿足鋼的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律,以獲得所需性能。
根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得的組織和性能的不同,鋼的熱處理工藝可分為普通熱處理(退火、正火、淬火、回火)、表面熱處理(表面淬火和化學(xué)熱處理)及形變熱處理等。按照熱處理在零件整個(gè)生產(chǎn)工藝過程中位置和作用的不同,熱處理工藝又分為預(yù)備熱處理和熱處理。本文主要對(duì)普通熱處理進(jìn)行知識(shí)整理。
金屬加熱的物理過程
傳導(dǎo) | 加熱介質(zhì)與加熱工件表面接觸時(shí),或受熱工件表面與心部之間、受熱部位與未受熱部分之間發(fā)生的熱量傳輸 |
對(duì)流 | 依靠液態(tài)或氣態(tài)加熱介質(zhì)的分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的熱量傳輸(600-700℃以下) |
輻射 | 通過加熱體在高溫下產(chǎn)生的電磁波來傳遞能量的現(xiàn)象(>700℃,無需介質(zhì)) |
加熱方式與加熱介質(zhì)
加熱的目的與要求
為了使鋼件在熱處理后獲得所需的性能,對(duì)于大多數(shù)熱處理工藝,都要將鋼件加熱到高于臨界點(diǎn)的溫度,以獲得全部(或部分)奧氏體組織并使之均勻化,這個(gè)過程稱為“奧氏體化”。
預(yù)備熱處理:退火、正火
預(yù)備熱處理目的:
(1)獲設(shè)細(xì)小均勻的組織、消除內(nèi)應(yīng)力
(2)調(diào)整硬度,便于機(jī)加工(HB170-250)
(3)為HT做好組織準(zhǔn)備
退火和正火是生產(chǎn)上應(yīng)用很廣泛的預(yù)備熱處理工藝。大部門機(jī)器零件及工、膜具的毛坯經(jīng)退火或正火后,不僅可以消除鑄件、鍛件及焊接件的內(nèi)應(yīng)力及成分和組織的不均勻性,而且也能改善和調(diào)整鋼的力學(xué)性能和工藝性能,為下道工序作好組織性能準(zhǔn)備。對(duì)于一些受力不大、性能要求不高的機(jī)器零件,退火和正火亦可作為熱處理。對(duì)于鑄件,退火和正火通常就是熱處理。
1)鋼的退火
退火是將鋼加熱至臨界點(diǎn)Ac1以上或以下溫度,保溫以后隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。其主要目的是均勻鋼的化學(xué)成分及組織,細(xì)化晶粒,調(diào)整硬度,消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化,改善鋼的成形及切削加工性能,并為淬火作好組織準(zhǔn)備。
退火的工藝種類很多,根據(jù)加熱溫度可分為在臨界溫度(AC1或AC3)以上或以下的退火。前者包括完全退火、均勻化退火、不完全退火和球化退火;后者包括再結(jié)晶退火及去應(yīng)力退火。各種退火方法的加熱溫度范圍如圖1所示。按照冷卻方式,退火可分為等溫退火和連續(xù)冷卻退火。
完全退火(完全奧氏體化)
完全退火是將鋼件或鋼材加熱至AC3以上20~30℃,保溫足夠長時(shí)間,使組織完全奧氏體化后緩慢冷卻,以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。它主要用于亞共析鋼(WC=0.3%~0.6%),其目的是細(xì)化晶粒,均勻組織,消除內(nèi)應(yīng)力,降低硬度和改善鋼的切削加工性。低碳鋼和過共析鋼不宜采用完全退火、低碳鋼完全退火后硬度偏低,不利于切削加工。過共析鋼加熱至Accm以上奧氏體狀態(tài)緩冷退火時(shí),有網(wǎng)狀二次滲碳體析出,使鋼的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌度顯著降低。
不完全退火
不完全退火是將鋼加熱至AC1~AC3(亞共析鋼)或AC1~Accm(過共析鋼)之間,經(jīng)保溫后緩慢冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。由于加熱至兩相區(qū)溫度,基本上不改變先共析鐵素體或滲碳體的形態(tài)及分布。如果亞共析鋼原始組織中的鐵素體已均勻細(xì)小,只是珠光體片間距小,硬度偏高,內(nèi)應(yīng)力較大,那么只要進(jìn)行不完全退火即可達(dá)到降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力的目的。由于不完全退火的加熱溫度低,過程時(shí)間短,因此對(duì)于亞共析鋼的鍛件來說,若其鍛造工藝正常,鋼的原始組織分布合適,則可采用不完全退火代替完全退火。
不完全退火用于過共析鋼主要為了獲得球狀珠光體組織,以消除內(nèi)應(yīng)力,降低強(qiáng)度,改善切削加工性能,故又稱球化退火。實(shí)際上球化退火是不完全退火的一種。
球化退火(不完全奧氏體化)
球化退火是使鋼中碳化物球化,獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。用于共析鋼、過共析鋼和合金工具鋼。其目的是降低硬度,均勻組織,改善切削加工性,并為淬火作組織準(zhǔn)備。
過共析鋼鍛件鍛后組織一般為片狀珠光體,如果鍛后冷卻不當(dāng),還存在網(wǎng)狀滲碳體。不僅硬度高、難于切削加工,而且增大鋼的脆性,淬火時(shí)容易產(chǎn)生變形或開裂。因此,鍛后進(jìn)行球化退火,獲得粒狀珠光體。球化退火的關(guān)鍵在于奧氏體中要保留大量未溶碳化物質(zhì)點(diǎn),并造成奧氏體碳濃度分布的不均勻性。為此,球化退火加熱溫度一般在AC1以上20~30℃不高的溫度下,保溫時(shí)間亦不能太長,一般以2~4h為宜。冷卻方式通常采用爐冷,或在Ar1以下20℃左右進(jìn)行較長時(shí)間等溫。
均勻化退火
均勻化退火又稱擴(kuò)散退火,它是將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下長時(shí)間保溫,然后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。其目的是消除鑄錠或鑄件在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析及區(qū)域偏析,使成分和組織均勻化。為使各元素在奧氏體中充分?jǐn)U散,均勻化退火加熱溫度很高,通??砂从行Ы孛婊蜓b爐量大小而定。一般均勻化退火時(shí)間為10~15h。
由于均勻化退火需要在高溫下長時(shí)間加熱,因此奧氏體晶粒十分粗大,需要再進(jìn)行一次完全退火或正火,以細(xì)化晶粒、消除過熱缺陷。
去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火
為了消除鑄件、鍛件、焊接件及機(jī)械加工工件中的殘留內(nèi)應(yīng)力,以提高尺寸穩(wěn)定性,防止工件變形和開裂,在精加工或淬火前將工件加熱到Ac1以下某一溫度,保溫時(shí)間,然后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為去應(yīng)力退火。
鋼的去應(yīng)力退火加熱溫度較寬,但不超過Ac1點(diǎn),一般在500~650℃之間。鑄鐵件去應(yīng)力退火溫度一般為500~550℃,超過550℃容易造成珠光體的石墨化。焊接鋼件的退火溫度一般為500~600℃。一些大的焊件構(gòu)件,難以在加熱爐內(nèi)進(jìn)行去應(yīng)力退火,常常采用火焰或工頻感應(yīng)加熱局部退火,其退火加熱溫度一般高于爐內(nèi)加熱。去應(yīng)力退火保溫時(shí)間也要根據(jù)工件的截面尺寸和裝爐量決定。鋼的保溫時(shí)間為3min/mm,鑄鐵的保溫時(shí)間為6min/mm。去應(yīng)力退火后的冷卻應(yīng)盡量緩慢,以免產(chǎn)生新的應(yīng)力。
再結(jié)晶退火是把冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間,使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻容S晶粒,同時(shí)消除加工硬化和殘留內(nèi)應(yīng)力的熱處理工藝。經(jīng)過再結(jié)晶退火,鋼的組織和性能恢復(fù)到冷變形前的狀態(tài)。
再結(jié)晶退火既可作為鋼材或其他合金多道冷變形之間的中間退火,也可作為冷變形鋼材或其他合金成品的熱處理。再結(jié)晶退火溫度與金屬的化學(xué)成分和冷變形量有關(guān)。當(dāng)鋼處于臨界冷變形度(6%~10%)時(shí),應(yīng)采用正火或完全退火來代替再結(jié)晶退火。一般鋼材再結(jié)晶退火溫度為650~700℃,保溫時(shí)間為1~3h,通常在空氣中冷卻。
名稱 | 目的 | 工藝制度 | 組織 | 應(yīng)用 |
完全退火 | 細(xì)化晶粒,消除鑄造偏析,降低硬度,提高塑性 | 加熱到AC3以上20~30℃,爐冷至600℃左右空冷 | F+P | 亞共析鋼的鑄、鍛、軋件,焊接件 |
不完全退火 | 消除內(nèi)應(yīng)力,降低硬度,改善切削加工性能 | 亞共析:AC1~AC3 過共析:AC1~ACcm | 改善球狀珠光體組織 | 過共析鋼 |
球化退火 | 降低硬度,改善切削性能,提高塑性韌性,為淬火作組織準(zhǔn)備 | 加熱到AC1以上20~40℃,然后緩冷 | 片狀珠光體和網(wǎng)狀滲碳體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙?/span> | 共析、過共析鋼及合金鋼的鍛件、軋件等 |
均勻化退火 | 改善或消除枝晶偏析,使成分均勻化 | Ac3或ACcm以上150~300℃ 碳鋼:1100~1200℃ 合金鋼:1200~1300℃ 均化退火時(shí)間10~15h | 粗大組織(組織嚴(yán)重過燒) | 合金鋼鑄錠及大型鑄鋼件或鑄件 |
去應(yīng)力退火 | 消除殘余應(yīng)力,提高尺寸穩(wěn)定性 | 加熱到500~650 ℃緩冷至200 ℃空冷 | 無變化 | 鑄、鍛、焊、冷壓件及機(jī)加工件 |
再結(jié)晶退火 | 消除加工硬化,提高塑性 | 加熱到再結(jié)晶溫度,再空冷 | 變形晶粒變成細(xì)小的等軸晶 | 冷變形加工的制品 |
2)鋼的正火
正火是將鋼加熱或到Ac3(或ACcm)以上適當(dāng)溫度,保溫以后在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。對(duì)于亞共析鋼來說,正火與完全退火的加熱溫度相近,但正火的冷卻速度較快,轉(zhuǎn)變溫度較低,正火組織中鐵素體數(shù)量較少,珠光體組織較細(xì),鋼的強(qiáng)度、硬度較高。
正火過程的實(shí)質(zhì)是完全奧氏體化加偽共析轉(zhuǎn)變。當(dāng)鋼中碳含量Wc為0.6%~1.4%時(shí),正火組織中不出現(xiàn)先共析相,只有偽共析體系或索氏體。碳含量Wc小于0.6%的鋼,正火后除了偽共析體外,還有少量鐵素體。
正火處理的加熱溫度通常在Ac3或ACcm以上30~50℃,高于一般退火的溫度。對(duì)于含有V、Ti、Nb等碳化物形成元素的合金鋼,可采用更高的加熱溫度,讓碳化物充分溶解。正火保溫時(shí)間和完全退火相同,應(yīng)以工件燒透,即心部達(dá)到要求的加熱溫度為準(zhǔn),還應(yīng)考慮鋼材成分、原始組織、裝爐量和加熱設(shè)備等因素。通常根據(jù)具體工件尺寸和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以確定。正火冷卻方式常用的是將鋼件從加熱爐中取出在空氣中自然冷卻。對(duì)于大件也可采用吹風(fēng)、噴霧和調(diào)節(jié)鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度,達(dá)到要求的組織和性能。
正火工藝是較簡單、經(jīng)濟(jì)的熱處理方法,應(yīng)用于以下幾方面:
改善低碳鋼的切削加工性能
碳含量Wc<0.25%的碳素鋼和低合金鋼,退火后硬度較低,切削加工時(shí)易于“粘刀”,通過正火處理,可以減少自由碳素體,獲得細(xì)片狀珠光體,使硬度提高至140~190HBW,可以改善鋼的切削加工性能。
消除中碳鋼的熱加工缺陷
中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄件、鍛、軋件以及焊接在熱加工后易出現(xiàn)魏氏組織、粗大晶粒等過熱缺陷和帶狀組織。通過正火處理可以消除這些缺陷組織,達(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力的目的。
消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物,便于球化退火
過共析鋼在淬火之前要進(jìn)行球化退火,以便于機(jī)械加工,并為淬火作好組織準(zhǔn)備。但當(dāng)過共析鋼中存在嚴(yán)重網(wǎng)狀碳化物時(shí),將達(dá)不到良好的球化效果。通過正火處理可以消除網(wǎng)狀碳化物。為此,正火加熱時(shí)要保證碳化物全部溶入奧氏體中,要采用較快的冷卻速度抑制二次碳化物的析出,獲得偽共析組織。
提高普通結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能
一些受力不大、性能要求不高的碳鋼和合金鋼結(jié)構(gòu)件采用正火處理,可獲得綜合力學(xué)性能,可以代替調(diào)質(zhì)處理,作為零件的熱處理。
各種退火(正火)的加熱溫度范圍
3)退火和正火的選擇
鋼的含碳量C% | <0.5 | 0.5 ~0.77 | ≥0.77 |
HT工藝 | 正火 | 完全退火 | 球化退火 |
組 織 | F+S | F+P | P球 |
正火只適用于碳素鋼及低、中合金鋼,而不適應(yīng)于高合金鋼
對(duì)于某些不太重要的工件,可在正火狀態(tài)使用,因?yàn)檎鸬玫降乃魇象w組織具有較好的機(jī)械性能。
在滿足性能的前提下,盡可能用正火代替退火(經(jīng)濟(jì)性角度考慮)。
鋼的淬火與回火是熱處理工藝中重要、也是用途廣泛的工序。淬火可以顯著提高鋼的強(qiáng)度和硬度。為了消除淬火鋼的殘留內(nèi)應(yīng)力,得到不同強(qiáng)度、硬度和韌性配合的性能,需要配以不同溫度的回火。所以淬火和回火又是不可分割的、緊密銜接在一起的兩種熱處理工藝。淬、回火作為各種機(jī)器零件及工、模具的熱處理是賦于鋼件性能的關(guān)鍵性工序,也是鋼件熱處理強(qiáng)化的重要手段之一。
1)鋼的淬火
淬火是指將鋼加熱到臨界溫度(Ac1或Ac3)以上,保溫時(shí)間使之奧氏體化后,以大于臨界冷卻速度的冷速冷卻,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝,然后配以不同溫度回火獲得各種需要的性能。
對(duì)淬火工藝而言,首先將鋼加熱到臨界點(diǎn)(Ac3或Ac1)以上獲得奧氏體組織,其后的冷卻速度大于臨界淬火速度(Vc),以得到全部馬氏體(含殘留奧氏體)組織。為此,注意選擇適當(dāng)?shù)拇慊饻囟群屠鋮s速度。由于不同鋼件過冷奧氏體穩(wěn)定性不同,鋼淬火獲得馬氏體的各異。實(shí)際淬火時(shí),工件截面各部分冷卻速度不同,只有冷卻速度大于臨界淬火速度的部位才能得到馬氏體,而工件心部則可能得到珠光體、貝氏體等非馬氏體組織。
淬火方法
① 單介質(zhì)淬火
其特點(diǎn)是工件經(jīng)加熱后,置于一種介質(zhì)中冷卻,如水淬、油淬,也就是直接淬火。
② 雙介質(zhì)淬火
加熱好的工件先在較強(qiáng)冷卻的介質(zhì)中冷卻到300℃左右,再在另一種冷卻較弱的介質(zhì)中冷卻,如:先水淬后油淬。
③ 分級(jí)淬火
加熱好的工件先在較強(qiáng)冷卻的介質(zhì)中冷卻到300℃左右,再在另一種冷卻較弱的介質(zhì)中冷卻,如:先水淬后油淬。
④ 等溫淬火
工件在等溫鹽浴中淬火,鹽浴溫度在稍高于Ms溫度的貝氏體區(qū)下部,工件等溫停留較長時(shí)間,直到B轉(zhuǎn)變結(jié)束,取出空冷。
⑤ 預(yù)冷淬火法
將加熱好的工件,自爐中取出后在空氣中預(yù)冷時(shí)間,使工件溫度降低一些,再置于淬火介質(zhì)中進(jìn)行冷卻的一種淬火方法。
淬火工藝參數(shù)的確定
(1)淬火加熱溫度
鋼 種 | 加熱溫度 | 組 織 |
亞共析鋼 | Ac3+(30-50)℃ | A |
共析鋼 | Ac1+(30-50)℃ | A |
過共析鋼 | Ac1+(30-50)℃ | A+Fe3C球 |
(2)淬火加熱保溫時(shí)間
淬火加熱保溫時(shí)間指的是工件裝爐后,從爐溫回升到淬火溫度算起,直到出爐為止所需要的時(shí)間。它包括工件透熱時(shí)間和組織轉(zhuǎn)變所需要的時(shí)間。
保溫時(shí)間:按照工件的厚度或者條件厚度(二者統(tǒng)稱為計(jì)算厚度)來確定。
(3) 淬火冷卻方式
冷卻是淬火的關(guān)鍵,冷卻的好壞直接決定了鋼淬火后的組織和性能。
冷卻介質(zhì)應(yīng)保證:工件得到馬氏體,同時(shí)變形小,不開裂。
鋼的冷處理
鋼的冷處理可以看成是淬火的繼續(xù),亦即將淬火后已經(jīng)冷到室溫的工件繼續(xù)深冷至0℃以下,使淬火保留下來的殘余奧氏體繼續(xù)向馬氏體轉(zhuǎn)變,以達(dá)到減少或消除殘余奧氏體的目的。冷處理主要是針對(duì)一些高碳合金工具鋼和經(jīng)滲碳或碳氮共滲的結(jié)構(gòu)零件,為提高其硬度和耐磨性,或?yàn)楸WC尺寸穩(wěn)定性才采用這一道工序。冷處理應(yīng)在淬火后及時(shí)進(jìn)行,否則會(huì)降低冷處理的效果。
實(shí)踐表明,一般情況下,冷處理穩(wěn)定達(dá)到-60℃~-80℃即可滿足要求。生產(chǎn)中常用的冷處理介質(zhì)及達(dá)到的溫度見下表:
淬火介質(zhì)
鋼從奧氏體狀態(tài)冷至Ms點(diǎn)以下所用的冷卻介質(zhì)叫做淬火介質(zhì)。介質(zhì)冷卻越大,鋼的冷卻速度越快,越容易超過鋼的臨界淬火速度,則工件越容易淬硬,淬硬層的深度越深。但是冷卻速度過大將產(chǎn)生巨大的淬火應(yīng)力,易于使工件產(chǎn)生變形或開裂。因此,理想的淬火曲線為:
650℃以上緩冷,以降低熱應(yīng)力;
650~400℃快速冷卻,保證全部A不分解;
400℃以下緩冷,減少M(fèi)轉(zhuǎn)變時(shí)的相變應(yīng)力。
對(duì)淬火介質(zhì)的要求:在500~600℃的中溫區(qū)具有冷卻快,而在低溫時(shí)具有冷卻慢。
常用淬火介質(zhì)有水、鹽水或堿水溶液及各種礦物油等。各種介質(zhì)的冷卻特性如表所示:
名稱 | 冷卻速度時(shí) | 平均冷卻速度/℃·s-1 | 備注 | ||
所在溫度/℃ | 冷卻速度/℃·s-1 | 650~550℃ | 300~200℃ | ||
靜止自來水,20℃ | 340 | 775 | 135 | 450 | 冷卻速度系由Φ20mm銀球所測 |
靜止自來水,40℃ | 285 | 545 | 110 | 410 | |
靜止自來水,60℃ | 220 | 275 | 80 | 185 | |
10%NaCl濃度的水溶液,20℃ | 580 | 2000 | 1900 | 1000 | |
15%NaOH濃度的水溶液,20℃ | 560 | 2830 | 2750 | 775 | |
5%Na2CO3濃度的水溶液,20℃ | 430 | 1640 | 1140 | 820 | |
L-AN15全損耗系統(tǒng)用油,20℃ | 430 | 230 | 60 | 65 | |
L-AN15全損耗系統(tǒng)用油,80℃ | 430 | 230 | 70 | 55 | |
3號(hào)錠子油,20℃ | 500 | 120 | 100 | 50 |
上述幾種淬火介質(zhì)各有優(yōu)缺點(diǎn),均不屬于理想的冷卻介質(zhì)。水的冷卻很大,但冷卻特性不好;油冷卻性能較好,但其冷卻又低。因此,尋找冷卻介于油水之間,冷卻特性近于理想淬火介質(zhì)的新型淬火介質(zhì)是人們努力的目標(biāo)。由于水是價(jià)廉、性能穩(wěn)定的淬火介質(zhì),因此目前世界各國都在發(fā)展有機(jī)水溶液作為淬火介質(zhì)。
鋼的淬透性
① 淬透性的基本概念
淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的。其大小用鋼在條件下淬火所獲得的淬透層深度來表示。
淬透層的深度:規(guī)定為由工件表面至半馬氏體區(qū)的深度.同樣形狀和尺寸的工件,用不同的鋼材制造,在相同條件下淬火,淬透層較深的鋼,其淬透性較好。
半馬氏體區(qū)的組織是由50%馬氏體和50%分解產(chǎn)物組成的。這樣規(guī)定是因?yàn)榘腭R氏體區(qū)的硬度變化顯著,同時(shí)組織變化明顯,并且在酸蝕的斷面上有明顯的分界線,很容易測試。
淬透性主要取決于鋼的臨界冷卻速度,鋼的臨界冷卻速度又
取決于過冷奧氏體的穩(wěn)定性。
淬透性:鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的,主要取決于過冷奧氏體的穩(wěn)定性
淬硬性:鋼淬火后形成的馬氏體組織所能達(dá)到的硬度,主要取決于馬氏體中的含碳量
② 淬透性的實(shí)際意義
鋼的淬透性是正確選用鋼材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。工件在整體淬火條件下,從表面至中心是否淬透,對(duì)其機(jī)械性能有重要影響。對(duì)于不同用途的工件,由于其受力情況不同,對(duì)工件表面和心部的機(jī)械性能要求不同,因而要求選用不同淬透性的鋼種制造。
③ 影響淬透性的因素
a. 含碳量
在碳鋼,共析鋼的臨界冷速小,淬透性好;非共析鋼中,碳含量偏離共析成分越遠(yuǎn),淬透性越低。
b. 合金元素
除Co和大于2.5%Al以外,其余合金元素溶于奧氏體后,都使過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變曲線右移,提高鋼的淬透性,因此合金鋼的淬透性往往比碳鋼要好。
c. 奧氏體成分均勻性及晶粒度
奧氏體成分越均勻、晶粒度越大,過冷奧氏體的穩(wěn)定性越好,因而降低鋼的臨界冷卻速度,增加其淬透性。
d. 鋼中未溶第二相
鋼中未溶第二相會(huì)成為奧氏體分解的非自發(fā)形核核心,使臨界冷卻速度增大,降低淬透性。
e. 奧氏體化溫度
提高鋼材的奧氏體化溫度,將使奧氏體成分均勻、晶粒長大,因而可增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性,降低鋼的臨界冷卻速度,增加其淬透性。但奧氏體晶粒長大,生成的馬氏體也會(huì)比較粗大,會(huì)降低鋼材常溫下的力學(xué)性能。
④ 淬火缺陷及其防止
淬火時(shí)容易產(chǎn)生的缺陷是變形和開裂,其次是氧化與脫碳、硬度不足和軟點(diǎn)等缺陷。
a. 淬火變形與開裂
在淬火過程所發(fā)生的鋼件體積、形狀、尺寸的變化通稱為淬火變形。當(dāng)鋼件內(nèi)的淬火應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極便會(huì)導(dǎo)致開裂。引起這種現(xiàn)象的根本原因是淬火時(shí)在工件中引起的內(nèi)應(yīng)力。
當(dāng)熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的合力超過鋼的屈服強(qiáng)度時(shí),工件就發(fā)生變形;當(dāng)兩力的合力超過鋼的抗拉強(qiáng)度時(shí),工件就發(fā)生開裂。
b. 氧化與脫碳
工件在空氣等氧化性氣氛中加熱時(shí),表面會(huì)發(fā)生氧化現(xiàn)象;鋼表面氧化的同時(shí)一般都伴隨表面脫碳。
防止工件氧化脫碳的有效措施
在保證組織轉(zhuǎn)變的前提下,加熱溫度應(yīng)盡可能低,保溫時(shí)間應(yīng)盡可能短;
采用脫氧良好的鹽浴爐、保護(hù)氣氛爐或真空爐加熱;
若采用空氣電爐或燃燒爐加熱時(shí),采用適當(dāng)保護(hù)措施,如包套、裝箱、控制爐氣等。
c. 過熱和過燒
工件在淬火加熱時(shí),由于加熱溫度過高或時(shí)間過長造成A晶粒粗大的缺陷稱為過熱;若加熱溫度太高,使奧氏體晶界局部熔化或發(fā)生晶界氧化稱為過燒。 過熱工件在淬火后得到粗大的馬氏體組織,易于引起淬火裂紋。因此,淬火過熱的工件強(qiáng)度降低,尤其是沖擊韌性、塑性顯著下降,易于產(chǎn)生脆性斷裂。輕微的過熱可用延長回火時(shí)間來補(bǔ)救,嚴(yán)重的過熱可采用完全退火或正火使晶粒細(xì)化。
過燒使工件性能嚴(yán)重惡化,極易產(chǎn)生熱處理裂紋,所以過燒是不允許的熱處理缺陷,一旦出現(xiàn)過燒則無法補(bǔ)救,只好報(bào)廢。由于過熱和過燒都是加熱溫度過高引起的,因此預(yù)防的辦法是要制定正確的加熱溫度,并經(jīng)常檢查儀表以保證儀表正常工作。
d. 硬度不足與不均勻
淬火鋼件硬度不均勻主要表現(xiàn)在鋼件表面硬度有明顯忽高忽低現(xiàn)象。這種缺陷可能是由了原始組織粗大且不均勻、冷卻不均勻等原因造成的??梢酝ㄟ^正火后重新淬火來消除。
2)鋼的回火
回火是將淬火鋼在A1以下溫度加熱,使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織,并以適當(dāng)方式冷卻到室溫的工藝過程?;鼗鸬闹饕康氖菧p少或消除淬火應(yīng)力,保證相應(yīng)的組織轉(zhuǎn)變,提高鋼的韌性和塑性,獲得硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性的適當(dāng)配合,以滿足各種用途工件的性能要求。決定工件回火后的組織和性能的重要因素是回火溫度。根據(jù)工件的組織和性能要求,回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火等幾種。
回火類型 | 溫度℃ | 組 織 | 應(yīng) 用 |
低溫回火 | 150~250 | M回 | HRC耐磨件 |
中溫回火 | 350~500 | T回 | 彈性零件 |
高溫回火 | 500~650 | S回 | 綜合性能↑零件 |
高溫軟化回火 | 650~A1 | P回 | 返修件 |
在回火溫度較低時(shí),由于淬火應(yīng)力的逐漸消除,鋼的強(qiáng)度有所升高,但當(dāng)回火溫度高于250℃后,由于滲碳體的析出,鋼的強(qiáng)度逐漸降低。在整個(gè)回火過程中,鋼的塑性都是隨著回火溫度的升高而逐漸升高的。
由于低溫回火時(shí)高碳鋼的脆性很大,拉伸試驗(yàn)時(shí)發(fā)生早期脆斷,因此測不出強(qiáng)度值??偟囊?guī)律一樣:鋼的強(qiáng)度隨著回火溫度升高而逐漸降低,鋼的塑性隨著回火溫度的升高而逐漸升高。
彈性極限值在300~400℃之間出現(xiàn)峰值。高溫回火后的彈性極限值低是因?yàn)楦邷鼗鼗鸷箐摰膹?qiáng)度太低;而低溫回火后的彈性極限值低是由于內(nèi)應(yīng)力未得到充分消除。
因此,彈簧鋼一般在300~400℃回火。
產(chǎn)品展示
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