第五章 钢的热处理(3)

2019-04-08 21:54

其长短表示某一温度下过冷奥氏体的稳定程度,如550℃部位孕育期最短(共析钢约1秒左右);而在700℃左右,孕育期大于1000秒,故时间坐标采用对数坐标。

不同钢种具有不同形状的过冷奥氏体等温转变曲线(C曲线) 3、影响TTT图的因素

a、含碳量的影响

亚共析钢的C曲线随含碳量的增加而右移,即过冷奥氏体的稳定性提高;过共析钢的C曲线随含碳量的增加而左移,即过冷奥氏体的稳定性降低;因此在碳钢中,以共析钢的过冷奥氏体最为稳定,C曲线处于最右端。

亚共析钢C曲线拐点上部区域多一条先共析铁素体转变曲线;过共析钢C曲线拐点上部区域多一条先共析渗碳体转变曲线。 b、合金元素的影响

除钴元素以外,其他所有合金元素溶入奥氏体后,都增加了过冷

奥氏体的稳定性,使C曲线右移。非碳化物形成元素(Ni, Si, Cu等)不改变C曲线的形状;而碳化物形成元素(Cr, W, V, Mo, Ti等)使C曲线的形状也发生改变。

C、加热温度、保温时间的影响

随着加热温度的提高或保温时间的延长,奥氏体的成分更加均

匀,晶粒随之长大,晶界相对减少,未溶质点(碳化物、氮化物等)也显著减少,这些因素都使奥氏体转变时形核困难,提高了过冷奥氏体的稳定性,使C曲线右移。

4、C曲线的应用

实际生产中,过冷奥氏体的转变大多数是在连续冷却过程中进行

的,但仍可以利用C曲线估计过冷奥氏体转变情况。如图:V1

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T℃

A1 A1 V1 V2 Ms

V3 V4 Vk

V1相当于炉冷,冷却速度约为10℃/min,V1与C曲线相交于710—650℃

范围内,过冷奥氏体转变产物为100%珠光体,HRC=12

V2相当于空冷,冷却速度约为10℃/S,V2与C曲线相割于650—600℃ 范围内,过冷奥氏体转变产物为索氏体组织,HRC=26

V3相当于油冷,冷却速度约为150℃/S,V3只与C曲线的转变起始线相 交,表明一部分过冷奥氏体转变为屈氏体,而剩余部分过冷奥氏体随后 冷却到Ms一下,转变为马氏体,从而获得屈氏体与马氏体混合组织,其 HRC=45—55

V4相当于水冷,冷却速度600℃/S,它与C曲线不相交,而直接与Ms相 交,过冷奥氏体转变为马氏体(还有效部分残余奥氏体),HRC=60—64 Vk与C曲线相切,称为临界冷却速度,它表示过冷奥氏体不转变为珠光 体类产物,而直接转变为马氏体组织的最小冷却速度。Vk取决于C曲线 的位臵,C曲线右移,Vk降低,容易获得马氏体组织,即易淬火。

二、过冷奥氏体连续转变曲线图(CCT图)

实际生产中,大多数转变是在连续冷却过程中进行的,定量研究需要测

定CCT图(Continuous Cooling Transformation)。

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方法:金相法,膨胀法,磁性法等

如图:Ps线表示过冷奥氏体转变为珠光体的起始线 (A→P开始) Pz线表示过冷奥氏体转变为珠光体的终了线 (A→P终了) K线表示过冷奥氏体转变为珠光体终止线 (A→P终止)

T℃ A1 A1

Ps Pz Ms K Vk Vk’ S

凡是冷却曲线碰到K线,过冷奥氏体就不再继续转变为珠光体,而是一直冷却到Ms以下,转变为马氏体。CCT图位于TTT图右下方,Vk’

第四节 钢的退火与正火

一、退火和正火的目的

1、改善钢件的硬度,以便于进行切削加工(最佳切削硬度范围HB170-230) 2、消除残余应力,防止零件变形、开裂 3、细化晶粒,改善组织以提高零件的机械性能 4、为最终热处理(淬火、回火)做好组织上的准备

二、退火和正火工艺及应用 1、退火

包括:完全退火,等温退火,球化退火,扩散退火,去应力退火 a、完全退火(重结晶退火,退火)

应用:亚共析碳钢和合金钢的铸件、锻件、热轧型材、焊接结构 目的:细化晶粒,改善组织,消除残余应力,降低硬度,提高塑性,

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便于切削加工

工艺:将亚共析钢加热到Ac3+30-50℃,保温一定时间后,随炉缓慢

冷却(或埋入沙或石灰中)到500℃以下,空冷。

由于加热温度在Ac3以上,得到单一奥氏体组织,故称为完全退火;又因为加热温度能使低温组织通过重新结晶获得细小的奥氏体晶粒并在随后的缓慢冷却中转变为细小而均匀的珠光体和铁素体晶粒,所以又称为重结晶退火。

b、等温退火

等温退火的目的与完全退火相同。由于完全退火所需要的时间很长,尤其对于某些奥氏体比较稳定的合金钢,往往需要数十小时甚至数天的时间,采用等温退火可明显缩短退火时间。

等温退火:对应于钢的C曲线上珠光体形成温度进行奥氏体的等温转变处理,而在其前后可以快速冷却。

工艺:加热过程与完全退火相同,Ac3+30-50℃,保温一定时间后,开炉门较快速冷却到稍低于A1的某一温度(550-700℃),在该温度下保温到奥氏体完全转变为珠光体,然后空冷。 优点:1、缩短了退火时间

2、可以较好地控制组织与硬度(通过选择保温温度) 3、工件氧化、脱碳倾向较小

c、球化退火(不完全退火)

应用:过共析碳钢和合金钢的刀具、模具、量具、轴承等零件 目的:降低硬度,改善切削加工性,为最终淬火做准备

过共析组织为珠光体和网状的二次渗碳体。由于网状二次渗碳体的存在,增加了钢的硬度和脆性,不仅给切削加工带来困难,而且会引起淬火时工件产生变形和开裂。

球化退火工艺:将过共析钢加热到Ac1+30-50℃,保温后,缓慢冷却。由于加热到Ac1+30-50℃,此时未溶的渗碳体小质点可作为冷却时渗

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碳体析出的核心,使渗碳体发生球化,变成球状或粒状渗碳体长大,故称为球化退火。由于加热温度在Ac1+30-50℃,钢组织没有全部奥氏体化,故称为不完全退火。

经过球化退火的过共析钢,可获得铁素体与球状渗碳体的混合组织,叫做“球化体”,HB163。

有的钢种一次球化退火难以达到球化目的,可采用循环退火法(或称周期退火法)进行球化。

d、去应力退火

去应力退火又叫消除内应力退火,低温退火。

目的:这种退火主要用于消除铸件、锻件及焊接件、热轧件的内应力。否则,会引起钢件在一定时间后产生变形,降低耐蚀性。 去应力退火工艺:将钢件随炉缓慢加热(100-150℃/小时),到500-600℃(

目的:是利用高温下原子具有较强的扩散能力,来减轻或消除钢中化学成分不均匀现象。由于加热温度高,晶粒也会因此长大,所以扩散退火后,往往要经过一次完全退火来细化晶粒。

扩散退火工艺:把钢加热到高于Ac3或Accm的温度(约1050-1250℃),保温较长时间(约10-20小时),然后缓冷。 扩散退火主要用于合金钢,尤其是高合金钢的钢锭及铸件。 三、正火工艺及应用

正火与退火并无本质上的区别,仅仅是冷却速度不同而已。

1、定义:所谓正火是指把钢加热到Ac3(亚共析碳钢)或Accm(过共析碳

钢)以上30-50℃,保温一定时间,随后在空气中冷却。

2、目的:对于亚共析钢,正火的目的与退火相同,主要是细化晶粒,由于

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