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零读杂谈(热处理十四)

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发表于 2015-11-8 05:09:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
看到有大侠回复我说“一片苦心”。哈,8爷那个是”一片苦心“。我就是随性发帖的人,什么也谈不上。另外,看到有大侠在其他帖子里提到了45钢是不是应该渗碳的问题。这个问题其实应该这么看,是不是应该渗碳、氰化,其实看需求。45号钢是中碳钢,本身淬透性有,但是45号钢淬火只能得到马氏体组织,最多有微量渗碳体提高硬度。对于一般的使用来说,如果只是强化材料,增加表面抗疲劳能力等,淬火+回火工艺是可以满足的。但如果对于表面有特殊的耐磨要求时,我们就需要将表面的含碳量增加,使其在热处理过程中形成高硬度和耐磨性的网状渗碳体组织。而这时,渗碳是需要的。所以,对于一个材料应该选用怎样的具体工艺,本质上是根据设计需求来选择的,当有了确定的设计需求之后,我们才需要根据需求选择合适的组织来满足,然后才能谈具体应该用什么工艺。我建议大家多看书,但不要背死书。要掌握关键,按着这个关键去理解为什么要那么用。好了,不多说了,继续主题。
4 w; O1 H4 e& _) Z' m7 K) {. J+ Y/ w' V: Y; l  K# r- v' R! r
读书:《金属材料及热处理》 陆大纮 许晋堃 合编
% N9 E* C6 A: s4 B( ^  \: e   人民铁道出版社
' h, I+ Y; s6 g% c0 q8 C, [3 _& H" E          《材料工程基础》 王昆林 编( p1 N9 D% `( |- J
   清华大学出版社
' Y" s: t9 b  p/ U" |           杂谈十三" @/ s' r1 F; \& X! [& [
$ F! }# x, V# X- t) b( o1 u
钢的淬透性及淬火缺陷$ ]" \6 V# _8 u0 ]& b" q1 G" b3 `

1 a; C# M# v* v' J2 v- J影响淬透性的因素。
+ ~' q. G5 q* \
, E1 z, _0 B, o$ |0 y' ?2 \" r钢的淬透性由其冷却速度决定。临街冷却速度越小,也就意味着奥氏体越稳定,则淬透性越好。因此,凡是影响奥氏体稳定的因素,均影响钢的淬透性。  S2 V5 m( U% |$ [6 T3 a2 d
1。碳质量分数。
$ y( V/ D3 |/ u3 @0 p8 u先说流行的观点吧。首先说,对于碳钢,碳质量分数影响临街冷却速度,所谓的C线右移。因此,对于亚共析钢,随着含碳量的增加,淬透性增加。到共析钢时达到最大。对于过共析钢,却正好相反,随着含碳量的增加,淬透性则降低。流行观点认为,这是含碳量影响了临街冷却速度。
6 b3 N7 ^3 Q% R( [7 ^当然,我不是专门从事这方面的研究者。但是从认知上讲,我并不太赞同这一形成理论。首先,临街冷却速度对于大多数的第一印象是由等温冷却曲线得来的,也就是TTT图。但我们很清楚,TTT图和CCT是很不同的。比如对于亚共析钢,其珠光体转变的尖部甚至会落后于贝氏体转变的尖部。所谓鼻尖位置便不再是以珠光体转变为基准。此外,从淬透性的测定我们也清楚,淬透性的测定依据是半马氏体区的位置。而半马氏体的获取除了跟珠光体的形成有关,对于亚共析钢,还存在珠光体与贝氏体的共生线,存在贝氏体与马氏体的共生线。因此,从这个方面说,单纯的说C线移动形成淬透性不同,过去牵强。5 ^( Y- q4 e+ o# ^! i
但是,总的来说,这种碳含量的影响是客观存在的,我们可以先记忆这个事实,回头再讨论和研究其本质。
0 @- x# f: ]/ j$ E, g4 D2 v* m9 S2。合金元素。
/ B" a1 L% X, I8 m' \$ g+ w& K除钴以外,其他与铁溶合的合金元素在溶于奥氏体后,都会使临界冷却速度降低,因而提高钢的淬透性,因此合金钢的淬透性往往要优于碳钢。(插一句,后面再回头研究晶体结构的时候,会在穿插讨论这一问题。)
5 I1 q: P3 n+ x; s3。奥氏体化温度。5 r3 h* s! E! F: \/ U5 o$ n
提高奥氏体华温度,将使奥氏体晶粒长大,成份均匀,可以减少珠光体的形核率,降低钢的临界冷却速度,增加其淬透性。(这点是基于过冷形核的观点,老的教材上没有提及,新教材才涉及)3 S# c# d7 X  P/ X# b  O2 K
4。钢中的未溶第二相
6 k0 u$ L( {$ ]+ y( i: p' R5 h钢中未溶得碳化物、氮化物及其他非金属杂质物,都能促进奥氏体分解时的形核率和形核速度,使得即便在小过冷度下也容易发生珠光体转变。因此会提高临界冷却速度,降低淬透性。(同上一点一样,都是基于过冷形核形成的观点)% w  n5 g' E+ Z. Y- u9 Y
: w. `: r0 G# d8 ], c5 T& m
淬透性的应用。  F" r! [: H/ {6 r% j1 E6 Q6 B
1。设计零件时应根据工作条件确定对钢的淬透性要求。对于要求整个截面一致机械性能的,比如连杆螺栓、锤杆等,就要一定要淬透。对于不要求整个截面一致性的,则可不只淬硬部分材质,比如以半径或者厚度的一半或1/4为标准。同是,淬透性的需求也决定了,零件设计中的尺寸。
( m" W& O+ j% v2 @; p2。根据淬透性曲线找出零件整个截面上的硬度分布。然后可以根据这个分布图,对设计的零件进行粗略的组织校验,以此判定是否能满足你的设计要求,同是对于特殊零件还可以起到指导优化结构的作用。例如下图是一直径50mm的圆钢棒制作的曲线,以此判定设计需求。下二图,则是零件表面到中心的硬度分布曲线,既方便设计者确定组织构成,也方便精确设计时的应力分析。6 E' u6 i9 w. r
9 R. w4 l4 y6 m) n8 R

/ [+ ]" i$ |' M# h# s5 v2 H
8 E" h1 {" @# H
3。设计中计算强度需要查阅手册时,要注意手册上的性能数据是基于多大尺寸试样测得得。因为试样尺寸越大,淬硬层越浅,性能越低。而小试样的数据则会偏高。因此,对于重要零件应合理考虑其差异,对于特别重要的则应根据自己情况实测。
& X3 v& k2 k2 A) k+ s) y  ]4。碳钢淬透性较低,用作大尺寸工件,难以淬透,因此大尺寸攻坚的调质处理其性能不必正火高多少。当然,对于表面要求的不在此列。因此,可以考虑合金钢。
1 Y+ f3 i! I  @5。安排工艺时,也应考虑淬透性。对于淬硬层浅的的大件,应注意加工余量的选择,既要保证精加工之后剩余部分的组织要求,又要保证粗加工后再安排淬火工艺的变形。
) Y1 ?" ~8 x+ O7 [6。对于焊接件不要求用淬透性高的钢种,否则焊缝热影响区内易形成淬硬组织,使脆性增加,产生裂纹。8 X) G# K* ?1 R3 Q# X
7。对于表面处理的钢,一般不要求有高的淬透性。
9 k( J3 _4 P/ L7 f; q$ q) I0 h$ w. E2 o6 Y3 ]& ~( G  Y
淬火缺陷及防止方法。
6 J- R0 a7 K! r( [* f& v  j% ?
8 Y3 x  V3 Z+ E0 X. T淬火缺陷主要是两大类,变形和裂纹。
+ Y9 U, l8 l7 N* W, y* {' P淬火变形和裂纹都是由淬火时产生的内应力引起的,这种应力有两类:一类是零件急冷时由于内外温差产生的体积收缩不一致,叫做热应力。另一类是奥氏体转变时零件各部分体积膨胀先后不一致,例如透镜马的撞晶,这种称为组织应力。对于形状简单的零件,热应力往往使零件表面形成压应力,而内部产生拉应力。而组织应力往往使表面产生拉应力。
6 I% k4 |2 C& ], z: a0 o9 w, O当这种淬火应力(两种)的复合应力大于钢材屈服强度时,零件就会产生变形。当复合应力大于抗拉极限时,则形成开裂。下图为两种应力带来的变形夸大化图解。(但是必须要说,这种以屈服强度和抗拉极限的比较实际上不甚合理。材料屈服,源于晶格间拉力的断裂和再形成。材料断裂则是晶格间拉力的断裂后不可再恢复。回头说晶格的时候再说吧)。7 O& h  C  H# i; ~2 }
6 B% p- r$ A( j

5 A6 [: a# K) ^, u. h+ ^/ f* f貌似又说不完了。明天继续。
1 z; i7 c$ ^  ?5 z* M% R! LPS。今天的内容,量可能不多,但是可以而且值得讨论的地方很多。欢迎大家讨论。7 r8 u0 U( U- |3 i

5 ?$ Z7 o, z, \  v
; O) R3 w: d0 @3 U

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发表于 2015-11-8 09:45:16 | 显示全部楼层
坐个沙发学习,谢谢LZ。
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发表于 2015-11-9 16:51:46 | 显示全部楼层
零侠基础真是扎实!
9 Q; I3 p, N: x6 n" P关于45钢渗碳问题,补充一下。
# e6 N4 P" t6 v5 t1. 渗碳工艺的目的是获得表面高硬度,同时保持芯部韧性
8 s4 r0 O; H" _* c) V4 ~/ S2. 45钢可以渗碳,这是毋庸置疑的。
2 F- D; @6 U% `' M' X/ O* n3. 但生产上几乎不用45钢渗碳;因为渗碳淬火后,45钢芯部是硬脆的马氏体,失去渗碳的意义。
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发表于 2015-11-10 10:32:34 | 显示全部楼层
学习. q, a, }3 \& S- A
先下载
- u2 n2 R+ u3 Z. I6 p  G! c* |  y再慢慢看
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发表于 2015-11-10 11:41:06 | 显示全部楼层
Pascal 发表于 2015-11-9 16:51 2 x: h5 T) `( v9 _" {1 J
零侠基础真是扎实!' L/ U  _* o3 x( K4 s
关于45钢渗碳问题,补充一下。/ Q- P7 r3 n: ^& _# r& |
1. 渗碳工艺的目的是获得表面高硬度,同时保持芯部韧性 ...

9 z  t. W- F7 [" H/ m  P; |" S感谢大侠参与,但实在不敢承大侠的赞赏。) y7 |; G# E7 E! K5 q; N
1 J6 X2 Z0 N3 n. B: Z7 H
关于45钢的渗碳问题,大侠的说法与绝大多数的网络论调是一样的。这个的具体出处我已经寻不着了。不过确实有这种说法。+ h+ D( e" {2 L% t
大侠这么说没错,不过就热处理工艺来说,其实可以讨论一下。当然,要说,本来提及渗碳淬火这事儿也没有任何针对的意思,只是希望诸君不要被一两句书本的话所局限,背死书没有啥意思了就。6 F! o5 D8 ?9 f1 Q! r$ ^: v- f- S
( W: @4 e+ Z. }  Z
首先,45钢的淬透性是有限的,水淬的临界直径只有13~17mm。这也就意味着当零件直径较大时,别说渗碳时担心芯部因为有马氏体而太脆,就连你真想得到马氏体组织都是困难的。因此,广为流传的这句话不能说错,但是必须要清楚这种说法的局限性和要表达的意思。比如鬼子有一篇以45钢渗碳淬火的研究论文,从金相上看,其实对于大尺寸零件来说,这个淬硬芯部的说法其实完全没有根据了也。
% n8 m( I- a% H5 E$ F. [3 b其次,45钢不推荐渗碳淬火,这个即便是鬼子也会这么说。其原因是45钢基本没有渗碳的必要性。45钢淬火本身已经能到HRC55+,对于绝大多数场合已经满足要求。而对于特殊场合,与其花大力气搞渗碳,倒不如改用40Cr或者其他渗碳钢来的快。因此,45钢实际生产中几乎看不到有渗碳的。% }7 L: p  ]; b# m2 ^) |
另外,我没有仔细研究过45钢的淬火组织问题。所以不确定45钢在等温马氏体淬火中,是否得到的是透镜马。如果在较高温度上可以得到细透镜马或者板条马,那么实际上对于芯部的韧性来说也不一定有多大影响。特别是当芯部冷却速度略慢而形成下贝氏体组织时,其实韧性在一定程度上是有保证的。
0 \. l5 Y4 ^% A最后,从原理上说,45钢如果进行渗碳淬火,很可能不是单纯的一道渗碳淬火可以满足的。简单的说,可以分为渗碳固碳、正火细化准备、表面淬火硬化三个阶段。以此来达到表硬内韧的目的。但就像前面说的,与其如此费力,真不如改用其他材料来的快捷。
  [0 Y  N5 [% G/ _; w# C9 m2 [; ~+ G& R5 G6 M* b5 ?: d8 l: J( a
当然,仅仅是作为讨论,遇到实际情况,45钢还是不要尝试渗碳处理的好。
; w) T0 t" K$ O8 d- G4 H再次感谢大侠参与。* d  M- `# H! K* b9 R5 n6 t: n
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发表于 2015-11-10 21:57:45 | 显示全部楼层
透镜马的撞晶,不明白,也没听说过

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了解下透镜马的形成过程和结构  发表于 2015-11-10 23:41
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发表于 2015-11-11 10:27:22 | 显示全部楼层
本帖最后由 Pascal 于 2015-11-11 10:28 编辑
# Y1 n! E" z4 b, n* C5 ?) G9 n  w
zerowing 发表于 2015-11-10 11:41
0 ~$ P2 D5 E* i  R感谢大侠参与,但实在不敢承大侠的赞赏。( p& n. H, K: e/ F+ ~- V

; @( m9 j  S2 a' P+ k; m3 j+ a关于45钢的渗碳问题,大侠的说法与绝大多数的网络论调是一样 ...

# _1 Z% y5 y9 K8 n. N零侠客气了。5 l4 z- Z7 r: i4 G3 Z6 E
, o" R; c5 O9 @  V# }
1. 45钢渗碳其实是没必要渗碳,这点零侠说得很透彻,也比我们说得清楚明白。
$ H* n; P$ t# O4 i2. 下面我说一个45钢渗碳的特例,可惜我只知道这一例。% S  i! m. G. {5 i3 [- m9 {" R" I
     一个冲压件,但表面硬度要求很高,HRC58+6,对冲击韧性没什么特殊要求。
! v* k& P' b: G) m    传统工艺是低碳钢冲压之后渗碳,但渗碳过程很耗时,费用高;后来该厂开发出45钢冲压后渗碳,渗碳时间短了很多,节省了不少费用。在经过实验测试、小批量测试后,才量产,从客户反馈看,确实满足了工况要求。
5 `5 ?, F# Q7 u& q6 \* Y2 J

点评

渗氮成本高啊。  发表于 2015-11-11 23:39
其实45钢如果采用渗氮工艺的话,既可以提高效率,也可以保证韧性要求。在高温回火的同时完成渗氮工艺。  发表于 2015-11-11 11:28
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发表于 2015-11-24 11:22:38 | 显示全部楼层
楼主说得很详细   
0 }3 k6 Y: Y' n& ]
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