本帖最后由 bkljp02 于 2015-11-23 23:22 编辑
& R7 x) X( O+ ^6 u: x9 F
1 y% g3 r. \9 ^% E# ]9 G( S不知不觉地，已经写到十七了。本以为可以在二十之前结束基本热处理的，但现在看来是不太可能了。呵呵，到哪儿算哪儿吧。看到有大侠已经开始阅读《材料工程基础》了，挺好，那本书值得深读。结构很好，从原子理论开始，到晶格结构，到固溶、扩散。当然，写完基本热处理之后，我也会开始写那一部分。最近确实比较忙，如果没更新，还望诸位多担待。
% }. {8 Q, G+ O% E# y/ y3 a' R) s9 N
5 i: m7 O" v8 {: }! Q" ? K2 s读书：《金属材料及热处理》 陆大纮 许晋堃 合编
# a; D5 M& B+ K* D 人民铁道出版社0 p9 M$ @" j2 J7 z( d. D
# X4 M- I- z- Z( M$ t/ p( L" I
杂谈十七- e8 ^$ L) X; \
5 ]$ l6 v# c* Q4 m" Z. `回火钢的性能变化
+ e, X; e+ h3 m" Y& N
* {$ i/ |/ ?' E( G& y* U从前一杂谈我们知道，淬火钢的整个回火过程，其实就是马氏体、残余奥氏体组织分界，渗碳体颗粒长大并与铁素体结合为新的组织的过程。而这一过程，同是会伴随着一个总的机械性能变化趋势。即，虽回火稳定升高，硬度、强度下降，而塑性和韧性提高。这其中也有一些特别情况。高碳工具钢在100℃左右回火时，根据我们前面说的回火过程，碳原子大量偏聚，100℃以后，ε——碳化物大量析出。而ε——碳化物硬度比马氏体更高，因此这一阶段，钢的硬度不仅不降，反而会出现一个增加。这个现象叫做弥散硬化。同样，高碳工具钢在200~250℃间，由于发生残余奥氏体的马氏体化，因此硬度又会有一次小幅的回升。
& w* g+ ^+ @. t. |* l; r5 Y8 Q现实使用中，当回火温度较低时，钢的强度和硬度主要决定于马氏体的含碳量。而当回火温度较高时，则主要决定于渗碳体的分散程度和，晶粒度。渗碳体质点越细小，分布越均匀，晶粒度越高，强度和硬度亦越高。
, c2 I0 D4 R' o/ s, i钢的回火种性能变化，可以基本描述为下面两图。其中，第一幅描述整个回火过程中的主要变化。第二幅描述不同碳钢硬度和回火温度的关系。7 D8 t$ ], S" R# K) m$ E5 q. k
6 c; S; m2 Q% Z% _5 i6 ^# d
我们选择使用材料，一方面要考虑其硬度和强度需求，另一方面，还要考虑韧性需求。回火工艺主要就是平衡和选择合适的匹配的工艺。以40号钢为例，硬度在200℃回火时，基本达到一个最大值。而强度会随着回火继续有一个小幅提升，在240℃左右达到最大（残余奥氏体转变）。随后便会一直下降。但韧性，包括延展率、冲击韧性、断面收缩率都会在整个过程中表现出一直上升的状态。40号钢在回火到600~650℃时，会出现高塑性表现，此时的综合机械性能最好。而此时得到的是回火索氏体组织。这个与退火、正火得到的直接索氏体组织不同。回火索氏体中的渗碳体为颗粒状，而直接索氏体为细片状。而往往来说，颗粒状的机械性能要优于片状。同样的还有回火托氏体和直接托氏体组织，是类似的道理。如下图。 * s6 F' d2 g3 R
' w% J1 k+ b+ K8 C6 `; i
6 F1 g+ e, v$ d- \
$ j5 s/ F. H; L- ]; O+ h回火工艺。
# H1 x' _1 w% d2 L
2 {3 L2 U9 x; e! Y: y# Z钢的回火性能只与回火的温度和时间有关，而与回火后的冷却速度无关。（对于某些合金钢不适用）。回火的温度决定形态，回火时间决定均匀化程度和晶粒度。5 y2 K8 f' Q8 J. H
在实际生产中，主要通过以下方法确定碳钢的回火温度。& C6 t7 E4 z R
6 K2 `6 A- T+ S6 f5 k+ e, P" Z6 g$ D1。应用回火温度和硬度的关系曲线，或者生产中总结出来的有关图标，按照要求的硬度确定回火温度。这里插一句，作为设计人员，经常会在图纸的技术要求中注明基本热处理工艺和硬度要求，或者直接注明硬度要求。即是为生产中选择使用合适的热处理工艺，达到设计者要求的材料组织性能而作的直接指示。从这点上说，我跟人很反感生产按个人理解发挥，虽然最终的硬度偏差可能很小，但是由于没有选择合理的工艺，其最终产品的性能是和设计者与其迥然的。因此，作为设计人员，一定要对自己的设计意图和热处理要求有一个清醒的认识。从认知原材料到最终成品形态，都要清洗明了。该坚持的坚持。下图为这一方法的一个例表。
( E k: O+ z+ |7 X, P+ F6 d7 z, p% L( I
2。应用经验公式进行计算。这里必须要说，经验公式是生产中总结的结果，只针对特定的环境和材料。因此使用中要有清醒的认识。
2 _: x7 f. C( B2 n0 i1 K如对于45号钢，当要求硬度大于HRC30时，回火温度（℃）=200+11x（60-要求的HRC硬度值）。, I7 A/ n6 K! M
当要求硬度小于HRC30时，回火温度（℃）=200+12x（60-要求的HRC硬度值）
& `& U) t$ T# A1 {当含碳量不为0.45%时，C%每增加或者减少0.05%，回火温度应相应增加或减少10~15℃
2 P9 f- e j8 ]& `; A$ c
9 p9 V: {) y: n. ]8 Z" l+ H生产中按工件性能要求的不同，通常将回火分为三类。
1 e* K$ u4 ~$ G/ S3 s( x1。低温回火（150~250℃）
2 N% Y$ ~6 p/ x低温回火的目的是消除淬火应力，降低淬火钢中的残余奥氏体的含量。在保持高硬度和耐磨性的同时，适当提升塑性、韧性。避免材料的时效开裂。低温回火后组织是回火马氏体。低温回火主要用于高碳工具钢与合金工具钢的量具、刃具、冷冲压模具以及轴承滚动体、渗碳件等。
, K+ I4 b* R& Q7 C对于高精密偶件（内燃机车燃油泵柱塞副）与量具的尺寸稳定性和耐磨性，可以在100~150℃进行长时间低温回火（数十小时）。这种回火叫也被称为时效处理或者尺寸稳定处理。必须要说，这种时效同自然时效不同。属于人为干涉的快速时效处理。
0 m/ O7 T& E0 r f5 |, _由于人们对于板条马氏体的认识加深、以及板条马氏体的应用扩展，对于低碳合金钢如20CrMn，20MnVB等，淬火+ 低温回火得到的板条马氏体，不仅强度高（1000~1600Mpa抗拉），而且依旧能保持良好的塑性和韧性。（ak可达6~7Kg*m/cm^2）另外，随着对于细晶粒钢和极细晶粒钢的研究，一些低碳合金钢再进行多次淬火回火工艺后，能得到更高的强度和韧性。这些板条马氏体钢目前已在很多领域有广泛的应用。
: v$ O2 W6 i% K" |- ]- x* Z5 T, P6 r7 `% p. s. P6 k
2。中温回火（350~500℃）; Q& s; Z) |( b- f
中温回火的目的是得到回火托氏体组织（HRC38~50）。回火托氏体具有高弹性、高屈服极限、高强度极限和足够的韧性，因此最适合用于弹簧等弹性体的热处理。回火托氏体中的渗碳体呈颗粒状，因此表现出很好的韧性。- `% m$ l8 H, `6 u8 U
' d+ h6 v8 Y- k0 n a3 s3。高温回火（500~650℃）3 z L, q. W2 g2 X* A
高温挥霍适用于含碳量0.3~0.5%的中碳钢，回火后得到综合机械性能良好的回火索氏体。HRC25~35。具有良好的综合机械性能。生产中广泛应用于机械结构零件如轴、连杆、齿轮等制造中。一般生产上将淬火+高温回火合称为调质处理。6 ]3 f1 G( q3 a# F/ Z* Y; v! f
正如之间说淬透性时提到的，调质零件如果有截面一致性要求，则必须保证整个零件能淬透。因此随着调质零件的尺寸与受力情况不同，要求的淬透性亦不同。另外，随着新热处理技术的应用，一些以前无法做到的局部热处理工艺也在成熟。
- `, l0 @, ~: n: p2 [1 ^+ C. t& w1 z7 l; @$ i8 N
1 R" w; e9 Y3 ^2 v中温及高温回火可以适用井式炉或者盐浴炉，低温回火宜采用油浴，炉温力求均匀。+ B' A7 e/ E/ V4 q% Z) q+ i; U
7 u4 i. @1 }+ a0 g8 H+ G
继续说昨天提到的回火脆性问题。回火脆性分两种，第一类回火脆性和第二类回火脆性。/ O+ } x* \ l3 U, X' T1 D
+ W" h$ Y4 S2 k+ X第一类回火脆性是250~400℃之间，具备不可逆性，与回火后的冷却速度无关，断口为沿晶脆性断裂。第一类回火脆性也称不可逆回火脆性或者低温回火脆性。
3 }& @$ `. O+ |. P目前对于这类脆性的成因大致有三种，残余奥氏体转变论，碳化物析出论，杂质偏聚论。
' t- K! G6 r/ Y* W& h% n9 L正如其名称中的不可逆一样，第一类回火脆性无法防止和消除。因此生产中应避免这一回火温度范围。
, u3 t& H4 X6 l
7 H6 u( G, u6 g# e& G第二类回火脆性发生在高温区，400~650℃，又称可逆回火脆性。! O( c0 s& d, a/ ~8 R6 @
第二类回火脆性主要表现为，可逆性；与回火后冷却速度有关（回火保温后，缓冷出现，快冷不出现。出现脆化后，重新加热快冷亦可消除）；断口为沿晶脆性断口。
& G" I+ z: V. H5 w2 h8 V& a第二类回火脆性主要由材料中的Ni、Cr、Sb、Sn、P等元素的偏聚引起。因此第二类回火脆性伴随杂质元素的增多而增大。其中，Ni，Cr不仅自身偏聚，而且促进杂质元素的偏聚。
! O( y0 _. G5 s R: D因此对于第二类回火脆性的防止，一般有以下几种方法。
# w: X4 a8 t& L6 x% N8 d1。提高材料纯度，减少杂质。( A! [0 i" X- V& o9 L9 ~4 x
2。加入Mo、W等有益元素。Mo元素能有效抑制杂质元素的晶界偏聚，而且自身也不偏聚。& T& X: s$ |3 f0 ?- t0 }# `
3。对尺寸小、形状简单的零件，采用回火后快冷的处理方法。2 l+ j2 R3 x4 W
4。采用亚温淬火（A1~A3）：细化晶粒，减少偏聚度。
M1 t* s q# Y, L3 _5。采用高温变形热处理，使晶粒超细化。晶界面积增大，降低杂质偏聚度。4 R4 y1 T0 }7 W W" v
9 l! D T: h5 k! ?5 P! o- D3 I
0 x6 K. F) G. M
回火中常见的问题有两种。; {8 Z0 ]) ]5 G- ]0 A" u& q
1。硬度偏差。主要是油浴回火温度控制不挡导致。硬度偏高可重新进行回火，提高控制回火温度到合适范围。偏低则必须重新淬火再回火。
6 m$ H! y% g# ~2。回火后韧性不足。有时发现为磨削时发生裂纹。一般多为发生回火脆性导致。应检查避开回火脆性区或者选择合适的方法避免回火脆性。如不在回火脆性范围内，可适当提高回火温度或延长回火时间。. g J! \- R9 p
) n: ^8 n" F H) @! |3 q哈，努力了一下，把回火剩下的部分写完了。下周是一个大章节，表面热处理。可能一个周末说不完。感谢参与。
$ v- Q0 p+ D; B" h3 [. m | 
[复制链接]
发表于 2015-11-23 03:48:02
