零讀雜談（熱處理六）

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本來(lái)是打算這一次寫(xiě)一些關(guān)于20CrMnTi碳氮共滲的內(nèi)容的。后來(lái)實(shí)在感覺(jué)這么寫(xiě)過(guò)于突兀，而且也打亂了知識(shí)學(xué)習(xí)循序漸進(jìn)的過(guò)程。所以，還是請(qǐng)有疑問(wèn)的大俠等等。或自行搜索尋找你要的答案。
, `" I7 G6 p' m0 i! A  T今天開(kāi)始說(shuō)鋼的熱處理部分，大抵上會(huì)分三次說(shuō)完基礎(chǔ)部分。包括加熱過(guò)程的變化，冷卻過(guò)程的變化，以及顆粒度等問(wèn)題。其中，冷卻變化部分會(huì)介紹常見(jiàn)的熱處理基本工藝，淬，正，回，退。這些都說(shuō)完后，會(huì)介紹下關(guān)于滲碳滲氮的部分。所有這些，仍舊是基礎(chǔ)的部分。涉及擴(kuò)展的，請(qǐng)各位自行查閱。

讀書(shū)：《金屬材料及熱處理》　陸大纮　許晉堃　合編
　　　人民鐵道出版社
　　　雜談六
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鋼在加熱時(shí)的組織變化

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鋼的加熱，是鋼熱處理環(huán)節(jié)中最基本的一個(gè)環(huán)節(jié)。可以說(shuō)，絕大多數(shù)的熱處理中，都需要先對(duì)材料進(jìn)行加熱處理，然后才是從奧氏體以不同冷卻速度處理，得到所需組織和性能。基本的組織和性能我們前幾篇提過(guò)，這里不重復(fù)。下面，我們以共析鋼為例，看看鋼的加熱過(guò)程。

0 }( c5 P/ W. T/ k0 `" }感覺(jué)鐵碳相圖，我們以就把重點(diǎn)放在723度這個(gè)奧氏體和珠光體乃至滲碳體的分界線(xiàn)上。理論上說(shuō) ，鋼加熱到723度，珠光體就要變成奧氏體。但實(shí)際上，因?yàn)榧訜崴俣纫约稗D(zhuǎn)變過(guò)程的時(shí)間需要，同鋼的冷卻時(shí)一樣，實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度要高于723度，也即是所謂的熱滯。我們把這個(gè)實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度標(biāo)定位Ac1。加熱速度越快，Ac1越高，轉(zhuǎn)變需要的時(shí)間就越短。（但個(gè)人認(rèn)為，珠光體到奧氏體因?yàn)榇嬖谝粋€(gè)最小轉(zhuǎn)變時(shí)間，因此不可能像奧氏體轉(zhuǎn)變馬氏體一樣可以瞬間完成，因此從珠光體到奧氏體的轉(zhuǎn)變會(huì)存在一個(gè)最短時(shí)間。這個(gè)時(shí)間之內(nèi)，提高Ac1的意義就不大了。但是有一種情況除外，那就是馬氏體的逆變。也就是馬氏體直接變?yōu)閵W氏體。這種情況的轉(zhuǎn)變時(shí)間也會(huì)很短）

以共析鋼為例，從珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的過(guò)程包括三個(gè)步驟。
( ~7 T* l' F* ?8 N9 P- A* L2 m* e2 S1。形核。 當(dāng)溫度高于723度時(shí)，珠光體內(nèi)開(kāi)始產(chǎn)生奧氏體的晶核。這個(gè)過(guò)程，一方面要求鐵的晶格從體心立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)， 同時(shí)也要求含碳量迥異的鐵素體和滲碳體之間進(jìn)行碳的再擴(kuò)散，以均勻化碳含量。因此，這一時(shí)期的奧氏體晶核一般出現(xiàn)在鐵素體和滲碳體的交界處。
' A8 O( }) l9 H# p2。核心長(zhǎng)大。 這一過(guò)程就是奧氏體邊界不斷擴(kuò)展，鄰近鐵素體晶格不斷轉(zhuǎn)變，滲碳體碳不斷擴(kuò)散的過(guò)程。這一過(guò)程會(huì)一直持續(xù)到鐵素體完全消失，滲碳體完全溶解為止。另外，在這一過(guò)程中，奧氏體邊界碰撞后會(huì)停止擴(kuò)展，形成相鄰的邊界。
3。奧氏體成分均勻化。 對(duì)于剛由珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)榈膴W氏體來(lái)說(shuō)，實(shí)際上其碳分布依舊是不均勻的。因此當(dāng)全部珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的保溫，使得碳充分的擴(kuò)散，達(dá)到均勻化奧氏體的目的。 而這一過(guò)程中，如果保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，也會(huì)引起奧氏體晶粒的進(jìn)一步長(zhǎng)大，破壞原有的邊界，減少形核數(shù)。形成粗大的奧氏體。
0 a& q$ Q9 w) D7 z4 O+ D' Z5 v下圖表達(dá)了上面三個(gè)步驟的變化。

標(biāo)準(zhǔn)晶粒度
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前天談到轉(zhuǎn)變保溫過(guò)程中的晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，以及長(zhǎng)大過(guò)程中的邊界形成。總得來(lái)說(shuō)，晶粒的大小，多少會(huì)伴隨保溫時(shí)間的長(zhǎng)短和溫度的高低而不同。前面講馬氏體的時(shí)候，我們也說(shuō)過(guò)，晶粒越細(xì)小，越多，晶界越復(fù)雜，相應(yīng)的強(qiáng)度就越大。反之，強(qiáng)度就會(huì)相對(duì)降低。因此，對(duì)于晶粒度的控制就尤為重要。
但是實(shí)際生產(chǎn)中，不同鋼種對(duì)溫度的反應(yīng)程度是不一樣的。有些鋼對(duì)過(guò)熱很敏感，溫度稍高，晶粒就明顯長(zhǎng)大。而也有一些鋼在一定的過(guò)熱范圍內(nèi)，晶粒變化并不明顯。生產(chǎn)上把前者稱(chēng)為本質(zhì)粗晶粒鋼，后者稱(chēng)為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。下圖表達(dá)本質(zhì)粗晶粒和本質(zhì)細(xì)晶粒的傾向關(guān)系。

這里要說(shuō)兩點(diǎn)。首先，本質(zhì)粗晶粒和本質(zhì)細(xì)晶粒只是針對(duì)其對(duì)過(guò)熱的敏感性而言的，并不代表二者最后的晶粒度的實(shí)際比較。溫度控制得當(dāng)，本質(zhì)粗也可以得到很細(xì)的晶粒度，反之本質(zhì)細(xì)也可以很粗。比如20Cr，正常加熱時(shí)（不高于930），20Cr的晶粒度很細(xì)，但是當(dāng)需要進(jìn)行滲碳處理時(shí)，因往往加熱溫度要高于930度，就會(huì)出現(xiàn)實(shí)際晶粒變粗的情況。
% {8 u' J8 `" X' q其次，這里不再深入說(shuō)具體哪種鋼是本質(zhì)粗，哪種是本質(zhì)細(xì)。因?yàn)樽鳛橐粋€(gè)界定劃分，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的指導(dǎo)意義并不大。因此，具體的熱敏影響，會(huì)在后面說(shuō)其他元素影響的時(shí)候說(shuō)。
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我國(guó)國(guó)家對(duì)于晶粒度制定了1-8級(jí)的不同評(píng)定。其測(cè)量即評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)可以參考http://www.google.com.hk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=24&ved=0CCgQFjADOBQ&url=http%3A%2F%2Fmse.csu.edu.cn%2Flib%2Fppt%2F%25E9%2587%2591%25E7%259B%25B8%2F12.pps&ei=KpDZVJrvNcqpgwSDgoPoAQ&usg=AFQjCNHVbRQs1PhCJHKkuQlyONiRm4gtqQ 一文。
下圖為鋼的標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級(jí)示意。
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鋼的加熱工藝
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在上面的部分里，我們提到過(guò)熱影響和過(guò)熱時(shí)間影響，以及其他合金元素的影響。因此，在實(shí)際中，應(yīng)根據(jù)不同材料的狀態(tài)圖以及不同的因素確定恰當(dāng)?shù)募訜釡囟群图訜釙r(shí)間。對(duì)于加熱時(shí)間，也應(yīng)考慮多種因素，比如零件的尺寸，截面差別，碳含量等，以此確定合適的加熱速度，避免變形和開(kāi)裂。另外，保溫時(shí)間也是一個(gè)重點(diǎn)。
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鋼在加熱過(guò)程中容易出現(xiàn)以下幾種缺陷。
" o# R( y0 [4 {* x& _7 m1。過(guò)熱。 即加熱溫度過(guò)高或者保溫過(guò)長(zhǎng)，會(huì)引起奧氏體粗化，稱(chēng)為過(guò)熱。因?yàn)榫Я６鹊淖兓@種情況下會(huì)導(dǎo)致材料的機(jī)械性能降低，并且容易出現(xiàn)變形和裂紋。這種情況可以通過(guò)重新正確的正火或退火，重新細(xì)化晶粒才能補(bǔ)救。
& K0 [8 d6 G: M# g0 Z) q' V2。過(guò)燒。 如果加熱溫度過(guò)高，會(huì)出現(xiàn)奧氏體晶界的氧化，甚至局部熔化。這時(shí)鋼會(huì)很脆。這種情況無(wú)法補(bǔ)救，只能報(bào)廢。
3。氧化。 既中高溫下，鋼與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。對(duì)于560度以下的氧化，因?yàn)橹饕运难趸F存在，表面致密，能有效阻止表面的進(jìn)一步氧化。而高于560度（一般鋼熱處理的加熱溫度都高于560），形成是疏松的FeO，不能阻止氧化的進(jìn)一步發(fā)生。因此時(shí)間越長(zhǎng)，氧化導(dǎo)致的尺寸變化，粗糙度等都會(huì)加劇。因此實(shí)際中應(yīng)采用保護(hù)措施，避免氧化發(fā)生。
5 L* q# `# K0 J5 H: \4。脫碳。 脫碳是鋼的表層碳分貝氧化燒掉的情況。碳可以與氧氣、二氧化碳、水蒸氣、氫氣發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致脫碳的形成。脫碳使鋼的表層成分改變，性能降低。對(duì)硬度、疲勞極限、耐磨性都造成很大的影響。因此，也需要在加熱中應(yīng)用保護(hù)措施進(jìn)行避免。
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, W4 Q/ m( }' I. D- UOK，今天就說(shuō)這些。
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補(bǔ)充內(nèi)容 (2015-2-11 05:07):
缺失的圖，請(qǐng)參考3樓。

獨(dú)自莫憑欄

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2 q, N/ Q- |. n8 ^: q: ?標(biāo)準(zhǔn)晶粒度的上面貌似缺一張圖，還有大多數(shù)材料中奧氏體轉(zhuǎn)變溫度為727℃

gunking07

熱處理不是很懂 看看 哈

bkljp02

奇怪了，每次一編輯主貼就告訴我被網(wǎng)站防火墻攔截，無(wú)奈了。
我把圖貼在這里。先。
鷹大能告訴下這是什么原因嗎？
@老鷹

節(jié)悟均

學(xué)習(xí)中，挺好的

zuozuo2013

謝謝零式大俠的整理和解讀，對(duì)熱處理基礎(chǔ)有了進(jìn)一步的了解！

巳蛇白羊

學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)，雖然現(xiàn)在還用不到

機(jī)器人04

專(zhuān)業(yè)，不過(guò)個(gè)人對(duì)這方面研究不深

老鷹

bkljp02 發(fā)表于 2015-2-10 22:46
/ k8 T# _7 u; L$ ^0 |! c$ P奇怪了，每次一編輯主貼就告訴我被網(wǎng)站防火墻攔截，無(wú)奈了。
. N5 E: C$ S/ F6 }我把圖貼在這里。先。
鷹大能告訴下這是什么 ...

可能是防火墻設(shè)置過(guò)于嚴(yán)格。有時(shí)間我檢查一下。
9 c1 H! r4 ]0 ]$ B

忍愛(ài)天下

熱處理弄懂了 挺好 善于發(fā)現(xiàn)不死記