摘 要:本文針對(duì)鋼的熱處理的原理與過程進(jìn)行簡(jiǎn)析與概述,分析了加熱與冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變過程,包括組織奧氏體化與重結(jié)晶過程,并分析了影響奧氏體化速度和晶粒度大小的因素,對(duì)比了亞共析成分、共析成分和過共析成分的冷卻曲線,并分析了實(shí)際曲線與理論曲線的不同點(diǎn)。最后本文列舉了4種鋼的熱處理工藝,簡(jiǎn)述了其過程與目的。
關(guān)鍵詞:熱處理;奧氏體化;冷卻曲線
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.027
1 加熱時(shí)組織的轉(zhuǎn)變
1.1 奧氏體化
1.1.1 組織轉(zhuǎn)變的臨界溫度
根據(jù)鐵碳相圖可知,加熱時(shí)亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼奧氏體化的轉(zhuǎn)變溫度線分別為GS線、PSK線和ES線[1],在熱處理過程中分別對(duì)應(yīng)于A3線、A1線和Acm線,而實(shí)際處理過程如圖1所示,加熱時(shí)溫度要高于理論溫度,實(shí)際溫度線為Ac3線、Ac1線和Accm線,冷卻時(shí)溫度要低于理論溫度,實(shí)際溫度線為Ar3線、Ar1線和Arcm線。
1.1.2 轉(zhuǎn)變過程
鋼的奧氏體化[2]分為四個(gè)過程:奧氏體晶核的形成、奧氏體晶核的長(zhǎng)大、剩余滲碳體的溶解、奧氏體成分的均勻化。
1.2 對(duì)奧氏體化速度的影響因素
加熱溫度:加熱溫度越高,奧氏體化速度越快。
加熱速度:加熱速度直接影響加熱溫度,二者正相關(guān),由此可知加熱速度越快,奧氏體化速度越快。
鋼中的碳含量:碳含量直接影響鐵素體和滲碳體的相界面積,二者也是正相關(guān),而相界面增大,奧氏體化速度增大。
合金元素:加快奧氏體化的常見合金元素有Co、Ni等元素,減慢奧氏體化的常見合金元素有Cr、Mo、V等元素。
轉(zhuǎn)變前的組織形態(tài):片狀滲碳體層片間距越小越有利于加速奧氏體化。
1.3 晶粒度
1~4級(jí)晶粒度較粗,5~8級(jí)晶粒度較細(xì),其大小受如下因素影響:加熱溫度:加熱溫度越高,保溫時(shí)間越長(zhǎng)晶粒越粗;碳含量:碳阻礙晶粒長(zhǎng)大,因此碳含量越高,晶粒越細(xì);
其他元素:Ti、V、Nb、O等元素阻礙阻礙晶粒長(zhǎng)大,有利于細(xì)化晶粒;Mn、P等促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大。
2 冷卻時(shí)組織的轉(zhuǎn)變
2.1 等溫轉(zhuǎn)變
如圖2所示,共析成分有高溫和中溫兩個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū),高溫轉(zhuǎn)變:,為擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變[4],轉(zhuǎn)變后的珠光體組織按層間距可分為:珠光體(P)、索氏體(S)和屈氏體(T),層片間距依次減??;中溫轉(zhuǎn)變:,為半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變,按照轉(zhuǎn)變溫度和組織的形狀分為上貝氏體和下貝氏體。上貝氏體:,羽毛狀,硬而脆,沒有實(shí)用價(jià)值;下貝氏體:,黑色針狀。上貝氏體和下貝氏體沒有明顯的界線。
相較于共析成分,亞共析成分的轉(zhuǎn)變多了鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū),未轉(zhuǎn)變成鐵素體的奧氏體繼續(xù)在相應(yīng)溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w或貝氏體,隨碳含量增加,C曲線右移,Ms和Mf線下移;過共析成分的轉(zhuǎn)變多了滲碳體轉(zhuǎn)變區(qū),隨碳含量增加,C曲線左移,Ms和Mf線下移。
2.2 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變
如圖3所示,共析成分冷卻轉(zhuǎn)變時(shí),當(dāng)冷卻速度大于時(shí),將無P生成,過冷A將全部轉(zhuǎn)變?yōu)镸;當(dāng)冷卻速度小于時(shí),過冷A全部轉(zhuǎn)變?yōu)镻,轉(zhuǎn)變后的組織為P+M,由于轉(zhuǎn)變不完全。在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)為連續(xù)冷卻過程,馬氏體生成速度較快,且生成時(shí)體積膨脹,按照生成物組織形狀不同,分為板條狀馬氏體、針狀馬氏體以及二者的混合物。兩種轉(zhuǎn)變都會(huì)有殘余奧氏體[5],與等溫轉(zhuǎn)變相比,共析成分連續(xù)轉(zhuǎn)變沒有貝氏體生成,且轉(zhuǎn)變曲線略靠右下。
相較于共析成分,亞共析成分轉(zhuǎn)變時(shí)多了鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū)和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū),過共析成分首先出現(xiàn)滲碳體轉(zhuǎn)變區(qū)。
3 熱處理的方法與工藝
退火:加熱、保溫、緩慢冷卻,按照應(yīng)用可分為等溫退火、去應(yīng)力退火、球化退火、完全退火、擴(kuò)散退火。
正火:加熱、保溫、空冷,亞共析成分空冷后轉(zhuǎn)變?yōu)镕+S,共析成分轉(zhuǎn)變?yōu)镾,過共析成分轉(zhuǎn)變?yōu)楹蜐B碳體。
淬火:加熱、保溫、水淬或油淬,水淬時(shí)鹽溶液可改善冷卻效果。
回火:淬火后,鋼件內(nèi)部存在較大內(nèi)應(yīng)力,需要重新加熱,保溫、冷卻以消除內(nèi)應(yīng)力,按回火溫度分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。
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作者簡(jiǎn)介:韓雨辰(1998-),男,山東鄆城人,本科,研究方向:材料成型與控制工程。