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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。) X9 Q% a: q  O$ {( \
: {5 g8 B! U: U1 |/ `# c' B
读书:《金属材料及热处理》 陆大纮 许晋堃 合编! l- h# s# c& x3 z$ I/ t! v: s
   人民铁道出版社1 I6 a' j0 }6 [; c6 W% Z; ^
          《材料工程基础》 王昆林 编
8 L5 g8 Q+ S1 [9 K) u4 w0 u4 C   清华大学出版社. ~. `6 G/ ?5 Y, x: i# s3 T
           杂谈十三, \. A! O/ m1 D8 n( F5 ^' g" m: y- Z
  _7 t1 I1 O  p7 K5 A5 {5 }
钢的淬透性及淬火缺陷7 ?. l1 S1 {) i2 j: a9 L# ]& L# T
  F5 ~2 |" D4 X2 a3 c# L0 Z
影响淬透性的因素。
- A8 n5 ^6 }/ ]0 i/ ], i7 `7 U2 C
  @5 O8 G! I( y: i$ ^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。3 ?* L8 q% K5 _* X
1。碳质量分数。1 z2 Z# d* J7 ~6 k9 P& p& F& s
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。. Y2 d+ ^9 @; x- Q. ^+ U# K% i! w$ S
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 z9 L5 ~# L1 I) ^! y) s3 q: E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。' Q" D# H4 ]& {: w& d
2。合金元素。9 ?8 @6 y- @4 o6 M, F0 d$ S4 r
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。). v) P( g1 H5 s9 i$ A* ^
3。奥氏体化温度。
# l/ u, z0 b3 B+ Q. f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)# t  u8 u4 b! a5 M# w  U' A! ~, T
4。钢中的未溶第二相
/ @" E  p; [3 P% 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)
  ~+ b3 H+ B# R* M& I2 z. H
' x6 E- E8 d' m& {8 r! _$ a淬透性的应用。
$ |! N" ~6 W5 O0 d* E1。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。
( ^9 I! ]$ g+ G5 @- C+ i0 x/ 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。9 O; g; ]) S2 U! W2 C" w

# h  Z, L. b2 X0 C0 a( w! E- z% b2 W2 y7 o' C" P1 G
+ ^2 ^+ m4 l: r: Q9 O  z
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。7 _. ~7 |8 L5 s4 `% s0 m
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。
4 O3 j7 I; N3 y; Z: x5。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。- R5 a2 `2 |  Y9 I. g- e
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。! x4 v, k# F$ Z! c; c
7。对于表面处理的钢,一般不要求有高的淬透性。, l& I0 O  s  `# \3 m

8 p! {7 C; p7 q0 \  I) `5 o淬火缺陷及防止方法。
) {1 c" n+ s* N
* V+ ^) |! ?/ C- O: L$ a4 J6 o9 K淬火缺陷主要是两大类,变形和裂纹。
( L+ u  t% P. c  f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。: j  [: F& K9 m- U( {
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)。4 S8 ]2 E$ f- U) I$ E

" f/ P/ |+ V) a4 c) |& y6 h4 D' Q+ |) I8 [! i) w
貌似又说不完了。明天继续。6 I- I# t  e  k1 D6 Y
PS。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。
# m8 h( @( ?& u% b! c
$ {$ e& D; K* a, V0 X$ Q& r
4 J+ x7 U1 q- }2 j- f8 o& L

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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!+ E; m2 N7 F  D1 M! L
关于45钢渗碳问题,补充一下。
' Q2 Z& T) K- ~( d) c2 M/ U1. 渗碳工艺的目的是获得表面高硬度,同时保持芯部韧性, d  B2 a3 b. K& G$ T, O
2. 45钢可以渗碳,这是毋庸置疑的。
. k. V. y* t9 p6 f3. 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
! g( b+ R" Z  t2 a+ z先下载
8 V3 s( w! n8 @- q# V/ J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 ) S% N9 t0 M3 m0 r  [- W3 t5 c* Q) l7 e
零侠基础真是扎实!
% o. m8 B: P, k6 s- e关于45钢渗碳问题,补充一下。
+ [+ R# A1 @& z, b1. 渗碳工艺的目的是获得表面高硬度,同时保持芯部韧性 ...

0 \$ o* z, J$ R: k! |' E感谢大侠参与,但实在不敢承大侠的赞赏。& v7 J( l( ?& H+ c% q0 n
9 E* O+ S7 D  A# c* X
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。
. }* A; s" ~. h: k$ U+ ?$ C! o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。* g+ S( k# }1 N
) M: p! o! U2 H
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。
; b2 W# M( z% }) P+ J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 u% U$ r1 h2 y  k0 a
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。# F9 i, O) j8 f' {
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。
1 D8 z4 R) o" r  E1 G8 y$ H' U5 g& \6 M! D
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。2 P5 ]6 C0 E) ^
再次感谢大侠参与。& x8 \( I# \5 z: V0 w/ M; P8 u
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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 0 ~% |) t9 S  @; j. W# m. E# |
zerowing 发表于 2015-11-10 11:41 2 o  L6 x2 M  ?  l0 z
感谢大侠参与,但实在不敢承大侠的赞赏。
  _: p% L) U" {% r/ o7 \; @) h1 ?; Q% F! d. E, p+ N
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 ...

+ m; D4 h3 L# B& h  N" t; g零侠客气了。' H  `# e. e, v, _5 V: q2 z+ q
$ W0 E6 t0 S( f9 g& z4 j8 ]
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。
) o/ s5 U! K* a2. 下面我说一个45钢渗碳的特例,可惜我只知道这一例。
; Z3 E! `6 g& j8 g5 x     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。
" ^/ W, Q% E- O. i    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 Q# k) ]7 |& x' m' k

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   

5 M+ x3 _) s9 ?# b+ @. C" d
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