• 如果您觉得本站非常有看点,那么赶紧使用Ctrl+D 收藏机械男的工作与生活博客

机械男——热处理之钢的加热过程及组织变化详细分析

热处理 jixienan 1周前 (06-06) 20次浏览 0个评论

钢在加热时的组织变化是热处理过程中关键的一步。通过加热处理,钢可以从一种组织转变为另一种组织,以获得所需的机械性能。以共析钢为例,我们可以详细了解加热过程中发生的具体变化。

 机械男——浅谈热处理之马氏体与贝氏体

机械男——热处理中铁碳合金相图详解及其在实际生产中的应用(收藏)

机械男——浅谈金属热处理原理

公众号:机械男(ID:jixienan)

博客:http://www.jixienan.com(更多内容)

分享一些我觉得有用的内容,希望对大家能有帮助!

铁碳合金相图

 一、组织转变的基本原理

钢在加热过程中,组织转变是从一种晶相转变为另一种晶相的过程。以共析钢为例:

– 共析钢:碳含量约为0.77%,在室温下主要以珠光体(铁素体和渗碳体的层状结构)存在。

– 奥氏体:面心立方(FCC)结构,能溶解更多的碳,是高温下的稳定相。

根据铁碳相图,理论上说 ,钢加热到723度,珠光体就要变成奥氏体。但实际上,因为加热速度以及转变过程的时间需要,同钢的冷却时一样,实际转变温度要高于723度,也即是所谓的热滞。我们把这个实际转变温度标定位Ac1。加热速度越快,Ac1越高,转变需要的时间就越短。(珠光体到奥氏体因为存在一个最小转变时间,因此不可能像奥氏体转变马氏体一样可以瞬间完成,因此从珠光体到奥氏体的转变会存在一个最短时间。这个时间之内,提高Ac1的意义就不大了。但是有一种情况除外,那就是马氏体的逆变。也就是马氏体直接变为奥氏体。这种情况的转变时间也会很短)

 二、从珠光体到奥氏体的转变过程

这一过程可以分为三个主要步骤:

1. 形核

    – 温度条件:温度超过723℃,达到或超过Ac1。

    – 结构变化:珠光体内开始形成奥氏体晶核。

    – 机制:铁的晶格结构由体心立方(BCC)转变为面心立方(FCC),同时铁素体和渗碳体中的碳重新分布,初步形成奥氏体晶核。

2. 晶核长大

    – 过程:奥氏体晶核开始长大,扩展到整个珠光体。

    – 扩展机制:铁素体不断转变为奥氏体,渗碳体中的碳扩散到奥氏体中,逐步溶解。

    – 温度与时间:这一过程会持续直到整个珠光体完全转变为奥氏体,温度越高,转变越快,但过高的温度会导致晶粒粗化。

3. 成分均匀化

    – 目标:均匀化奥氏体内的碳含量。

    – 保温作用:在完成珠光体到奥氏体的转变后,需要一定时间的保温,使碳在奥氏体中充分扩散,达到均匀化。

    – 过长保温的影响:过长的保温时间会使奥氏体晶粒进一步长大,形成粗大的晶粒结构,降低材料的力学性能。

晶粒

 三、晶粒度及其控制

晶粒度是影响钢材力学性能的重要因素。晶粒越细小,材料的强度和韧性通常越高。不同钢种对过热的敏感性不同:

– 本质粗晶粒钢:对过热敏感,温度稍高,晶粒迅速长大。

– 本质细晶粒钢:对过热不敏感,能在较高温度下保持细小的晶粒。

晶粒的大小,多少会伴随保温时间的长短和温度的高低而不同。前面讲马氏体的时候,我们也说过,晶粒越细小,越多,晶界越复杂,相应的强度就越大。反之,强度就会相对降低。因此,对于晶粒度的控制就尤为重要。但是实际生产中,不同钢种对温度的反应程度是不一样的。有些钢对过热很敏感,温度稍高,晶粒就明显长大。而也有一些钢在一定的过热范围内,晶粒变化并不明显。生产上把前者称为本质粗晶粒钢,后者称为本质细晶粒钢。下图表达本质粗晶粒和本质细晶粒的倾向关系。

本质粗晶粒

实际生产中,需根据具体钢种及工艺要求控制加热温度和保温时间,以获得最佳的晶粒度。首先,本质粗晶粒和本质细晶粒只是针对其对过热的敏感性而言的,并不代表二者最后的晶粒度的实际比较。温度控制得当,本质粗也可以得到很细的晶粒度,反之本质细也可以很粗。比如20Cr,正常加热时(不高于930),20Cr的晶粒度很细,但是当需要进行渗碳处理时,因往往加热温度要高于930度,就会出现实际晶粒变粗的情况。其次,这里不再深入说具体哪种钢是本质粗,哪种是本质细。因为作为一个界定划分,对于实际应用的指导意义并不大。

 我国国家对于晶粒度制定了1-8级的不同评定。下图为钢的标准晶粒度等级示意。

晶粒等级示意图

四、加热过程中的缺陷及防治

1. 过热

    – 表现:奥氏体晶粒粗化,材料性能下降。

    – 防治:控制加热温度和时间,必要时通过正火或退火处理重新细化晶粒。

2. 过烧

    – 表现:奥氏体晶界氧化甚至局部熔化,材料脆化,无法补救。

    – 防治:严格控制加热温度,避免达到过烧温度。

3. 氧化

    – 表现:钢表面氧化,形成氧化皮,影响尺寸精度和表面质量。对于560度以下的氧化,因为主要以四氧化三铁存在,表面致密,能有效阻止表面的进一步氧化。而高于560度(一般钢热处理的加热温度都高于560),形成是疏松的FeO,不能阻止氧化的进一步发生。因此时间越长,氧化导致的尺寸变化,粗糙度等都会加剧。因此实际中应采用保护措施,避免氧化发生。

    – 防治:在加热过程中使用保护气氛或涂覆防氧化涂层。

4. 脱碳

    – 表现:表层碳被氧化,形成脱碳层,降低表层硬度和耐磨性。

    – 防治:使用保护气氛或涂层,减少氧气和其他氧化性气体的接触。

 五、加热工艺的优化

为了优化加热工艺,需要综合考虑以下因素:

1. 材料特性:根据不同钢种的状态图,确定合理的加热温度和保温时间。

2. 零件尺寸和形状:考虑零件的尺寸和截面差异,调整加热速度和保温时间,避免变形和开裂。

3. 保护措施:采用保护气氛、涂层或其他措施,防止氧化和脱碳。

通过合理的加热工艺控制,可以在确保组织均匀转变的同时,避免产生过热、过烧、氧化和脱碳等缺陷,从而获得优良的机械性能。


机械男 , 版权所有丨如未注明 , 均为原创
转载请注明原文链接:机械男——热处理之钢的加热过程及组织变化详细分析
喜欢 (0)
发表我的评论
取消评论

表情 贴图 加粗 删除线 居中 斜体 签到

Hi,您需要填写昵称和邮箱!

  • 昵称 (必填)
  • 邮箱 (必填)
  • 网址