本帖最后由 bkljp02 于 2015-11-23 23:22 編輯
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5 H* {& s) u1 f4 `# O6 ?不知不覺(jué)地，已經(jīng)寫到十七了。本以為可以在二十之前結(jié)束基本熱處理的，但現(xiàn)在看來(lái)是不太可能了。呵呵，到哪兒算哪兒吧?？吹接写髠b已經(jīng)開(kāi)始閱讀《材料工程基礎(chǔ)》了，挺好，那本書值得深讀。結(jié)構(gòu)很好，從原子理論開(kāi)始，到晶格結(jié)構(gòu)，到固溶、擴(kuò)散。當(dāng)然，寫完基本熱處理之后，我也會(huì)開(kāi)始寫那一部分。最近確實(shí)比較忙，如果沒(méi)更新，還望諸位多擔(dān)待。
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2 K- n- b* p* d1 f讀書：《金屬材料及熱處理》 陸大纮 許晉堃 合編
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雜談十七
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: r) l) w' \- P" l回火鋼的性能變化
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從前一雜談我們知道，淬火鋼的整個(gè)回火過(guò)程，其實(shí)就是馬氏體、殘余奧氏體組織分界，滲碳體顆粒長(zhǎng)大并與鐵素體結(jié)合為新的組織的過(guò)程。而這一過(guò)程，同是會(huì)伴隨著一個(gè)總的機(jī)械性能變化趨勢(shì)。即，雖回火穩(wěn)定升高，硬度、強(qiáng)度下降，而塑性和韌性提高。這其中也有一些特別情況。高碳工具鋼在100℃左右回火時(shí)，根據(jù)我們前面說(shuō)的回火過(guò)程，碳原子大量偏聚，100℃以后，ε——碳化物大量析出。而ε——碳化物硬度比馬氏體更高，因此這一階段，鋼的硬度不僅不降，反而會(huì)出現(xiàn)一個(gè)增加。這個(gè)現(xiàn)象叫做彌散硬化。同樣，高碳工具鋼在200~250℃間，由于發(fā)生殘余奧氏體的馬氏體化，因此硬度又會(huì)有一次小幅的回升。& c9 S! _+ R7 W2 I0 P- n0 @" p! \
現(xiàn)實(shí)使用中，當(dāng)回火溫度較低時(shí)，鋼的強(qiáng)度和硬度主要決定于馬氏體的含碳量。而當(dāng)回火溫度較高時(shí)，則主要決定于滲碳體的分散程度和，晶粒度。滲碳體質(zhì)點(diǎn)越細(xì)小，分布越均勻，晶粒度越高，強(qiáng)度和硬度亦越高。% p. R( U8 z; y' \+ O. x% A
鋼的回火種性能變化，可以基本描述為下面兩圖。其中，第一幅描述整個(gè)回火過(guò)程中的主要變化。第二幅描述不同碳鋼硬度和回火溫度的關(guān)系。
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0 m( z- \ ~, z我們選擇使用材料，一方面要考慮其硬度和強(qiáng)度需求，另一方面，還要考慮韌性需求。回火工藝主要就是平衡和選擇合適的匹配的工藝。以40號(hào)鋼為例，硬度在200℃回火時(shí)，基本達(dá)到一個(gè)最大值。而強(qiáng)度會(huì)隨著回火繼續(xù)有一個(gè)小幅提升，在240℃左右達(dá)到最大（殘余奧氏體轉(zhuǎn)變）。隨后便會(huì)一直下降。但韌性，包括延展率、沖擊韌性、斷面收縮率都會(huì)在整個(gè)過(guò)程中表現(xiàn)出一直上升的狀態(tài)。40號(hào)鋼在回火到600~650℃時(shí)，會(huì)出現(xiàn)高塑性表現(xiàn)，此時(shí)的綜合機(jī)械性能最好。而此時(shí)得到的是回火索氏體組織。這個(gè)與退火、正火得到的直接索氏體組織不同?；鼗鹚魇象w中的滲碳體為顆粒狀，而直接索氏體為細(xì)片狀。而往往來(lái)說(shuō)，顆粒狀的機(jī)械性能要優(yōu)于片狀。同樣的還有回火托氏體和直接托氏體組織，是類似的道理。如下圖。
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9 p2 C) Z/ D3 @8 ?8 D" i5 L回火工藝。4 o. _8 O* {) G5 ~1 n& ~$ w
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鋼的回火性能只與回火的溫度和時(shí)間有關(guān)，而與回火后的冷卻速度無(wú)關(guān)。（對(duì)于某些合金鋼不適用）?；鼗鸬臏囟葲Q定形態(tài)，回火時(shí)間決定均勻化程度和晶粒度。. ^8 M) ]- @7 c3 p- T) |1 X
在實(shí)際生產(chǎn)中，主要通過(guò)以下方法確定碳鋼的回火溫度。: O. e4 ]% b Q% _$ e) n' o& ]
2 |5 B6 A: h/ [1 D, J1。應(yīng)用回火溫度和硬度的關(guān)系曲線，或者生產(chǎn)中總結(jié)出來(lái)的有關(guān)圖標(biāo)，按照要求的硬度確定回火溫度。這里插一句，作為設(shè)計(jì)人員，經(jīng)常會(huì)在圖紙的技術(shù)要求中注明基本熱處理工藝和硬度要求，或者直接注明硬度要求。即是為生產(chǎn)中選擇使用合適的熱處理工藝，達(dá)到設(shè)計(jì)者要求的材料組織性能而作的直接指示。從這點(diǎn)上說(shuō)，我跟人很反感生產(chǎn)按個(gè)人理解發(fā)揮，雖然最終的硬度偏差可能很小，但是由于沒(méi)有選擇合理的工藝，其最終產(chǎn)品的性能是和設(shè)計(jì)者與其迥然的。因此，作為設(shè)計(jì)人員，一定要對(duì)自己的設(shè)計(jì)意圖和熱處理要求有一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)。從認(rèn)知原材料到最終成品形態(tài)，都要清洗明了。該堅(jiān)持的堅(jiān)持。下圖為這一方法的一個(gè)例表。- Z# V/ K0 v! u4 [8 p
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2。應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。這里必須要說(shuō)，經(jīng)驗(yàn)公式是生產(chǎn)中總結(jié)的結(jié)果，只針對(duì)特定的環(huán)境和材料。因此使用中要有清醒的認(rèn)識(shí)。. n8 v0 K: g$ s! {& U) B
如對(duì)于45號(hào)鋼，當(dāng)要求硬度大于HRC30時(shí)，回火溫度（℃）=200+11x（60-要求的HRC硬度值）。
* l- w. J5 D. r5 r3 l當(dāng)要求硬度小于HRC30時(shí)，回火溫度（℃）=200+12x（60-要求的HRC硬度值）
" K4 @) j8 B# K7 [8 k當(dāng)含碳量不為0.45%時(shí)，C%每增加或者減少0.05%，回火溫度應(yīng)相應(yīng)增加或減少10~15℃6 T% S6 y& c& d2 E( I/ l
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生產(chǎn)中按工件性能要求的不同，通常將回火分為三類。 D! S/ V$ Y& f$ u6 F
1。低溫回火（150~250℃）
6 r& z# {/ E& k( R' V* {! _低溫回火的目的是消除淬火應(yīng)力，降低淬火鋼中的殘余奧氏體的含量。在保持高硬度和耐磨性的同時(shí)，適當(dāng)提升塑性、韌性。避免材料的時(shí)效開(kāi)裂。低溫回火后組織是回火馬氏體。低溫回火主要用于高碳工具鋼與合金工具鋼的量具、刃具、冷沖壓模具以及軸承滾動(dòng)體、滲碳件等。
+ ~& i" g5 i: _8 s, U, F" |) E/ e對(duì)于高精密偶件（內(nèi)燃機(jī)車燃油泵柱塞副）與量具的尺寸穩(wěn)定性和耐磨性，可以在100~150℃進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間低溫回火（數(shù)十小時(shí)）。這種回火叫也被稱為時(shí)效處理或者尺寸穩(wěn)定處理。必須要說(shuō)，這種時(shí)效同自然時(shí)效不同。屬于人為干涉的快速時(shí)效處理。' Z; F4 I3 r( a% }
由于人們對(duì)于板條馬氏體的認(rèn)識(shí)加深、以及板條馬氏體的應(yīng)用擴(kuò)展，對(duì)于低碳合金鋼如20CrMn，20MnVB等，淬火+ 低溫回火得到的板條馬氏體，不僅強(qiáng)度高（1000~1600Mpa抗拉），而且依舊能保持良好的塑性和韌性。（ak可達(dá)6~7Kg*m/cm^2）另外，隨著對(duì)于細(xì)晶粒鋼和極細(xì)晶粒鋼的研究，一些低碳合金鋼再進(jìn)行多次淬火回火工藝后，能得到更高的強(qiáng)度和韌性。這些板條馬氏體鋼目前已在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。$ w( b9 Z5 P: }& C8 {' w2 R5 Q
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2。中溫回火（350~500℃）
: E8 ]. f1 K6 X0 ` y中溫回火的目的是得到回火托氏體組織（HRC38~50）?；鼗鹜惺象w具有高彈性、高屈服極限、高強(qiáng)度極限和足夠的韌性，因此最適合用于彈簧等彈性體的熱處理。回火托氏體中的滲碳體呈顆粒狀，因此表現(xiàn)出很好的韌性。0 z: c, N) w7 V9 e' v+ f( M
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3。高溫回火（500~650℃）: P7 A8 ?$ t6 A$ }# j6 R2 r, D
高溫?fù)]霍適用于含碳量0.3~0.5%的中碳鋼，回火后得到綜合機(jī)械性能良好的回火索氏體。HRC25~35。具有良好的綜合機(jī)械性能。生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)零件如軸、連桿、齒輪等制造中。一般生產(chǎn)上將淬火+高溫回火合稱為調(diào)質(zhì)處理。 W" _' S: Q1 Z" C4 k; U+ `4 p0 E
正如之間說(shuō)淬透性時(shí)提到的，調(diào)質(zhì)零件如果有截面一致性要求，則必須保證整個(gè)零件能淬透。因此隨著調(diào)質(zhì)零件的尺寸與受力情況不同，要求的淬透性亦不同。另外，隨著新熱處理技術(shù)的應(yīng)用，一些以前無(wú)法做到的局部熱處理工藝也在成熟。
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中溫及高溫回火可以適用井式爐或者鹽浴爐，低溫回火宜采用油浴，爐溫力求均勻。' A! T7 q: K+ P3 }* Y' C
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繼續(xù)說(shuō)昨天提到的回火脆性問(wèn)題?；鼗鸫嘈苑謨煞N，第一類回火脆性和第二類回火脆性。8 i# E3 ~5 G% q
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第一類回火脆性是250~400℃之間，具備不可逆性，與回火后的冷卻速度無(wú)關(guān)，斷口為沿晶脆性斷裂。第一類回火脆性也稱不可逆回火脆性或者低溫回火脆性。; G+ z: @) S7 M2 L3 _3 u
目前對(duì)于這類脆性的成因大致有三種，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變論，碳化物析出論，雜質(zhì)偏聚論。
! d* j7 Z% N% ~( e1 q- n3 I# K正如其名稱中的不可逆一樣，第一類回火脆性無(wú)法防止和消除。因此生產(chǎn)中應(yīng)避免這一回火溫度范圍。
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6 F L9 H) c6 ]5 k2 ~. g' z5 ~ G. H# y第二類回火脆性發(fā)生在高溫區(qū)，400~650℃，又稱可逆回火脆性。
. ?$ S4 |( t' Q1 A* o# M第二類回火脆性主要表現(xiàn)為，可逆性；與回火后冷卻速度有關(guān)（回火保溫后，緩冷出現(xiàn)，快冷不出現(xiàn)。出現(xiàn)脆化后，重新加熱快冷亦可消除）；斷口為沿晶脆性斷口。
- Q. H0 T' G% U- F3 \% h+ D( m第二類回火脆性主要由材料中的Ni、Cr、Sb、Sn、P等元素的偏聚引起。因此第二類回火脆性伴隨雜質(zhì)元素的增多而增大。其中，Ni，Cr不僅自身偏聚，而且促進(jìn)雜質(zhì)元素的偏聚。9 C$ L6 T s E+ g0 z' b+ s. }
因此對(duì)于第二類回火脆性的防止，一般有以下幾種方法。- ^' `, ~8 ^' H" }) K/ c, L$ \- q2 |" y
1。提高材料純度，減少雜質(zhì)。
o& j* K/ v* m5 e8 E2。加入Mo、W等有益元素。Mo元素能有效抑制雜質(zhì)元素的晶界偏聚，而且自身也不偏聚。3 {3 G E! }6 V% ^5 W+ {; p* K$ Q
3。對(duì)尺寸小、形狀簡(jiǎn)單的零件，采用回火后快冷的處理方法。2 q7 M7 W! j @
4。采用亞溫淬火（A1~A3）：細(xì)化晶粒，減少偏聚度。
g$ t3 p3 x' z, V) A# Y' l5。采用高溫變形熱處理，使晶粒超細(xì)化。晶界面積增大，降低雜質(zhì)偏聚度。& v8 _1 t( p7 D! F* d
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回火中常見(jiàn)的問(wèn)題有兩種。4 S' d, ~! m* o8 `
1。硬度偏差。主要是油浴回火溫度控制不擋導(dǎo)致。硬度偏高可重新進(jìn)行回火，提高控制回火溫度到合適范圍。偏低則必須重新淬火再回火。% v! M u+ Z. D" H) ]- W
2。回火后韌性不足。有時(shí)發(fā)現(xiàn)為磨削時(shí)發(fā)生裂紋。一般多為發(fā)生回火脆性導(dǎo)致。應(yīng)檢查避開(kāi)回火脆性區(qū)或者選擇合適的方法避免回火脆性。如不在回火脆性范圍內(nèi)，可適當(dāng)提高回火溫度或延長(zhǎng)回火時(shí)間。0 P" a8 q1 A9 C+ S) e; N+ I! w
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哈，努力了一下，把回火剩下的部分寫完了。下周是一個(gè)大章節(jié)，表面熱處理。可能一個(gè)周末說(shuō)不完。感謝參與。
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發(fā)表于 2015-11-23 03:48:02
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