金属热处置惩罚历程中的硬度、力学机能及组织不及格问题解析
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金属热处置惩罚历程中的硬度、力学机能及组织不及格问题解析 1. 硬度不及格 金属质料的硬度与其静拉伸强度和疲劳强度存在必然的经验关系,并与金属的冷成形性、切削加工性和焊接机能等加工工艺机能存在某种水平的关系;硬度试验不损坏工件,测试简朴,数据直观,故而被遍及用作热处置惩罚工件的最重要的质量检讨指标,不少工件还是其独一的技能要求。硬度不及格是最常见的热处置惩罚缺陷之一。主要体现为硬度不足、淬火冷却速度不敷、外貌脱碳、钢材淬透性不敷、淬火后残余奥氏体过多、回火不足等因素造成的。...
本文摘要:金属热处置惩罚历程中的硬度、力学机能及组织不及格问题解析 1. 硬度不及格 金属质料的硬度与其静拉伸强度和疲劳强度存在必然的经验关系,并与金属的冷成形性、切削加工性和焊接机能等加工工艺机能存在某种水平的关系;硬度试验不损坏工件,测试简朴,数据直观,故而被遍及用作热处置惩罚工件的最重要的质量检讨指标,不少工件还是其独一的技能要求。硬度不及格是最常见的热处置惩罚缺陷之一。主要体现为硬度不足、淬火冷却速度不敷、外貌脱碳、钢材淬透性不敷、淬火后残余奥氏体过多、回火不足等因素造成的。

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金属热处置惩罚历程中的硬度、力学机能及组织不及格问题解析 1. 硬度不及格 金属质料的硬度与其静拉伸强度和疲劳强度存在必然的经验关系,并与金属的冷成形性、切削加工性和焊接机能等加工工艺机能存在某种水平的关系;硬度试验不损坏工件,测试简朴,数据直观,故而被遍及用作热处置惩罚工件的最重要的质量检讨指标,不少工件还是其独一的技能要求。硬度不及格是最常见的热处置惩罚缺陷之一。主要体现为硬度不足、淬火冷却速度不敷、外貌脱碳、钢材淬透性不敷、淬火后残余奥氏体过多、回火不足等因素造成的。

淬火工件在局部区域呈现硬度偏低的现象叫做软点。软点区域的围观组织多为马氏体和沿原奥氏体晶界漫衍的托氏体混淆组织。软点或硬度不匀称凡是是由于淬火加热不匀称或淬火冷却不匀称所引起。加热时炉温不匀称,加热温度或保温时间不足是造成加热不匀称的主要原因。

冷却不匀称主要由于淬火冷时工件外貌附着着淬火介质的气泡、淬火介质被污染(比方水中有油悬浮珠) 或淬火介质搅动不充实所造成的。别的,钢材组织过于粗大,存在严重偏析,大块碳化物或大块自由铁素体也会造成淬火不匀称形成软点。1.1 软点 淬火加热的目的是使工件在淬火历程中完成组织转变。为此,必需加热到适当温度并有足够保温时间。

加热温度偏低和保温时间不足使得原珠光体组织未能完全转变为奥氏体和转变的奥氏体身分不匀称,淬火后得不到完全马氏体组织,成果使工件淬火后形成软点。图1为T12钢制造的手用丝锥因加热不足形成的显微组织:细针马氏体+淬火托氏体+珠光体。

机能上体现为硬度不匀称。▲图1 T12A钢加热不足的显微组织 1-细针马氏体 2-淬火托氏体 3-珠光体 淬火介质搅拌不充实,工件在淬火介质中移动不敷或者工件进入介质偏向差池时,往往延迟了工件外貌某些部位的蒸汽膜分裂,导致该处冷却速度降低,从而呈现高温剖析产品,形成软点或局部硬度下降。

水蒸气膜比盐水不变,因此软点更易在水淬的工件上形成。水和水溶液的温度越高越容易发生软点。淬透性较差的碳钢,工件截面较大时容易呈现软点。工件外貌不清洁,如有铁锈、碳黑等,也会造成淬火后呈现硬度偏低的现象。

1.2 硬度不足 加热不足往往会导致淬火件硬度不足。但冷却不妥却是工件硬度不足的常见原因。工件出炉后至淬火前预冷时间过长,冷却介质选择不妥或冷却介质温度节制偏高,导致冷却能力不敷,工件外貌有氧化皮或附着盐液,淬火后工件从淬火介质中提出时温渡过高,均可能导致过冷奥氏体在 C 曲线的珠光体转变区域产生剖析,形成索氏体和托氏体等非马氏体组织使工件硬度不足。

淬火组织中存在大量残余奥氏体是淬火工件硬度不足的重要原因。残余奥氏体量与奥氏体化学身分有关,含碳量大于 0.5%~0.6% 时,淬火组织中即可明明的调查到残余奥氏体的存在,继续增加碳含量,残余奥氏体量急剧上升,碳的质量分数为1.4%时,残余奥氏体量(体积分数)达 30%。通常以置换方式固溶于奥氏体的合金元素皆引起残余奥氏体量的增多。

残余奥氏体量较少时,对硬度没有明明影响,残余奥氏体量较多时,将导致硬度下降,体积分数 20% 的残余奥氏体将使淬火硬度下降约 6.5HRC。1.3 高频淬火和渗碳工件的软点和硬度不足 高频淬火工件的软点包括表层局部没有淬硬的残留软点和硬化层深度不匀称的深度软点两种。

这些硬度缺陷由于质料选择不妥,原始组织不良,高频淬火加热的电参数、感到器和冷却装置不妥等因素所造成的。高频淬火多用于中碳布局钢和低碳中合金布局钢,由于高频淬火加热是快速加热,奥氏体中的碳来不及通过扩散而未充实匀称化,因此,含有Cr、Mo、W、V等碳化物形成元素的钢,由于相变点较高,高频感到加热淬火时,易发生软点和硬度不匀称,选择高频淬火用钢时,应思量上述元素不要凌驾必然含量。钢中碳化物类型、形态、尺寸及漫衍对高频淬火工件的质量有显著影响。

钢中有网状碳化物、碳化物尺寸过大并漫衍不匀称时,易发生硬度不匀称和硬度不足等缺陷。因此高频淬火受预先热处置惩罚的影响很大,高频淬火最佳原始组织是调质处置惩罚的回火索氏体。高频感到圈不匀称时,也会导致淬火硬度不足,喷射角度不妥,喷射孔巨细、数量位置不合理或喷孔被堵塞时,往往导致高频淬火工件硬度不足或形成软点。渗碳工件硬度不足和软点多由渗碳不足、淬火时脱碳、淬火温渡过低、淬火冷却速度不足、外貌残余奥氏体量过多、回火过分、工件外貌不清洁、渗碳不匀称或冷却不匀称造成。

2. 有色金属合金力学机能不及格 工业上用的最遍及的有色金属是铝、铜、镁、钛及其合金。有色金属与钢铁的热处置惩罚道理沟通,可是有其自身的特点。比方,共析转变对钢的热处置惩罚有重要感化,但在有色金属中就很少碰到;马氏体转变是钢铁质料赖以强化的主要手段,但除了少数铜合金和钛合金外,其他有色金属一般不能通过马氏体转变强化。

有色金属常用的热处置惩罚工艺是匀称化退火、再结晶退火、去应力退火、固溶处置惩罚和时效处置惩罚。固溶时效是有色金属最常用的也是最重要的热处置惩罚强化工艺。

有色金属热处置惩罚应出格注意以下问题: 1)有色金属生动,对加热情况要求严格。比方,钛合金的加热情况一般应为真空或微氧化氛围;为制止氧化,镁合金常在二氧化硫或二氧化碳掩护氛围中加热;为制止氢脆,紫铜需要在中性或弱氧化性氛围下热处置惩罚。2)为了到达最大的固溶效果,很多有色金属合金的固溶温度靠近固相线的温度,为了防止产生过热过烧,必需严格节制炉温和加热保温时间。

有色金属因为热处置惩罚不妥,引起力学机能不及格的常见原因及防止方法见表3。▼表3 有色金属热处置惩罚常见力学机能缺陷及防止方法 3. 过热与过烧 金属或合金在热处置惩罚加热时,由于温渡过高,晶粒长得很大,乃至机能显著降低的现象,称之为过热;加热温度靠近其固相线时,晶界氧化和开始部门熔化的现象,称之为过烧。3.1 过热 过热组织包括布局钢的晶粒粗大,马氏体粗大、残余奥氏体过多、魏氏组织,高速钢的网状碳化物、共晶组织(莱氏体组织)、萘状断口、马氏体不锈钢的铁素体过多、黄铜合金脱锌使外貌呈现白灰,酸洗后呈麻面等。

典型的过热组织如图7 所示。过热组织按正常热处置惩罚工艺消除的难易水平,可分为不变过热和不不变过热两类,一般过热组织可通过正常热处置惩罚消除,称之为不不变过热组织。

不变过热组织是指经一般正火、退火和淬火不能完全消除的过热组织。▲图7 典型过热组织描摹 过热的重要特征是晶粒粗大,它将降低钢的屈服强度、塑性、打击韧度和疲劳强度,提高钢的脆性转变温度。拜见图8、图9 ,表5、表6。

▲图8 晶粒巨细对钢的屈服强度的影响 ▲图9 晶粒巨细对钢的脆性转变温度的影响 1-C0.02% Ni0.03% 2-C0.02% Ni3.64% ▼表5 晶粒度对工业纯铁力学机能的影响 ▼表5 晶粒度对2135合金疲劳机能的影响 过热的另一个重要特征是淬火马氏体粗大,它将降低打击韧度和耐磨性,增加淬火变形倾向和淬火开裂倾向,如图10、图11、和表7、表8 所示。中碳钢顿时按其形态和尺寸分为8级,7、8级即为过热组织。

▲图10 马氏体等级对打击韧度的影响 ▲图11 马氏体等级对耐磨性的影响 ▼表7 45钢及40Cr钢淬火变形的尺寸变化(0.01mm) ▼表8 45钢淬裂尝试成果 钢的过热缺陷另有魏氏组织、萘状断口、石状断口等,不仅能大大降低钢的力学机能并且很容易发生淬火开裂。各类过热组织的特征和防备办法建表9。为了防止发生过热,应正确的拟定并实施合理的热处置惩罚工艺,严格节制炉温和保温时间一般过热组织可以通过多次退火或正火消除,对于较严重的过热组织,如石状断口,不能用热处置惩罚消除,必需接纳高温形变和退火结合感化才能消除。

▼表8 国组织特征及防备挽救办法 3.2 过烧 过烧组织包括晶界局部熔化、纤维空洞,铝合金外貌发黑、起泡、断口灰色无光泽,镁合金外貌氧化瘤等。典型的过烧组织见图12。图12 典型的过烧组织(50A钢) 150X 过烧组织使机能严重恶化,极易发生热处置惩罚裂纹,所以过烧是不允许发生的热处置惩罚缺陷,一旦呈现过烧,贵重零件只能报废,因此热处置惩罚出产中要严格防止呈现过烧。

4. 球化级别不及格 汽车、拖拉机及其他各类呆板都大量使用尺度件和紧固件,轴、销、杆等尺度件大大都使用自动车床车削加工,而螺栓、螺母、铆钉等紧固件大大都接纳冷镦加工,为了提高出产率,适应自动切削和冷镦加工,其钢料的预备热处置惩罚是退火或球化退火,应该对球化水平予以节制。自动车削加工要求钢材具有杰出的车削机能,塑性不能太高, 不然容易“粘刀” 车屑不停,但愿钢材组织为片状珠光体;而冷镦加工要求钢材具有杰出的冷镦机能,塑性要好,以包管冷镦时不开裂,但愿钢材金相组织为球状珠光体。为此有行业尺度JB/T5074-91《低、中碳钢球化率级别 》来评定球化级别。

以碳化物球化水平评级,1级球化率为0,即珠光体完全是片状,6级球化率为100%,即碳化物为完全球化状态。冷镦用中碳钢一般要求4~6级,自念头床加工用低、中碳钢一般要求1~3级。

低、中碳钢预备热处置惩罚的球化不及格将严重影响其冷镦和自动切削机能,球化级别对冷镦机能影响如表10 所示 ,由此可以看出,球化1~3级冷镦量大时,将会发生开裂,而在4~6级则冷镦时无开裂,所以冷镦用钢球化率节制在4~6级为及格。大量出产实践表白,自动化车削加工用钢球化率节制在1~3级时,零件外貌粗拙度合适,带锯磨损正常,出产率高;假如球化率凌驾3级,很难举行自动化机床加工。表10 差别级别金相组织对预顶锻成果的影响 展开全文 1. 硬度不及格 金属质料的硬度与其静拉伸强度和疲劳强度存在必然的经验关系,并与金属的冷成形性、切削加工性和焊接机能等加工工艺机能存在某种水平的关系;硬度试验不损坏工件,测试简朴,数据直观,故而被遍及用作热处置惩罚工件的最重要的质量检讨指标,不少工件还是其独一的技能要求。硬度不及格是最常见的热处置惩罚缺陷之一。

主要体现为硬度不足、淬火冷却速度不敷、外貌脱碳、钢材淬透性不敷、淬火后残余奥氏体过多、回火不足等因素造成的。淬火工件在局部区域呈现硬度偏低的现象叫做软点。软点区域的围观组织多为马氏体和沿原奥氏体晶界漫衍的托氏体混淆组织。

软点或硬度不匀称凡是是由于淬火加热不匀称或淬火冷却不匀称所引起。加热时炉温不匀称,加热温度或保温时间不足是造成加热不匀称的主要原因。冷却不匀称主要由于淬火冷时工件外貌附着着淬火介质的气泡、淬火介质被污染(比方水中有油悬浮珠) 或淬火介质搅动不充实所造成的。

别的,钢材组织过于粗大,存在严重偏析,大块碳化物或大块自由铁素体也会造成淬火不匀称形成软点。1.1 软点 淬火加热的目的是使工件在淬火历程中完成组织转变。

为此,必需加热到适当温度并有足够保温时间。加热温度偏低和保温时间不足使得原珠光体组织未能完全转变为奥氏体和转变的奥氏体身分不匀称,淬火后得不到完全马氏体组织,成果使工件淬火后形成软点。图1为T12钢制造的手用丝锥因加热不足形成的显微组织:细针马氏体+淬火托氏体+珠光体。

机能上体现为硬度不匀称。▲图1 T12A钢加热不足的显微组织 1-细针马氏体 2-淬火托氏体 3-珠光体 淬火介质搅拌不充实,工件在淬火介质中移动不敷或者工件进入介质偏向差池时,往往延迟了工件外貌某些部位的蒸汽膜分裂,导致该处冷却速度降低,从而呈现高温剖析产品,形成软点或局部硬度下降。水蒸气膜比盐水不变,因此软点更易在水淬的工件上形成。

水和水溶液的温度越高越容易发生软点。淬透性较差的碳钢,工件截面较大时容易呈现软点。工件外貌不清洁,如有铁锈、碳黑等,也会造成淬火后呈现硬度偏低的现象。

1.2 硬度不足 加热不足往往会导致淬火件硬度不足。但冷却不妥却是工件硬度不足的常见原因。

工件出炉后至淬火前预冷时间过长,冷却介质选择不妥或冷却介质温度节制偏高,导致冷却能力不敷,工件外貌有氧化皮或附着盐液,淬火后工件从淬火介质中提出时温渡过高,均可能导致过冷奥氏体在 C 曲线的珠光体转变区域产生剖析,形成索氏体和托氏体等非马氏体组织使工件硬度不足。淬火组织中存在大量残余奥氏体是淬火工件硬度不足的重要原因。

残余奥氏体量与奥氏体化学身分有关,含碳量大于 0.5%~0.6% 时,淬火组织中即可明明的调查到残余奥氏体的存在,继续增加碳含量,残余奥氏体量急剧上升,碳的质量分数为1.4%时,残余奥氏体量(体积分数)达 30%。通常以置换方式固溶于奥氏体的合金元素皆引起残余奥氏体量的增多。残余奥氏体量较少时,对硬度没有明明影响,残余奥氏体量较多时,将导致硬度下降,体积分数 20% 的残余奥氏体将使淬火硬度下降约 6.5HRC。

1.3 高频淬火和渗碳工件的软点和硬度不足 高频淬火工件的软点包括表层局部没有淬硬的残留软点和硬化层深度不匀称的深度软点两种。这些硬度缺陷由于质料选择不妥,原始组织不良,高频淬火加热的电参数、感到器和冷却装置不妥等因素所造成的。高频淬火多用于中碳布局钢和低碳中合金布局钢,由于高频淬火加热是快速加热,奥氏体中的碳来不及通过扩散而未充实匀称化,因此,含有Cr、Mo、W、V等碳化物形成元素的钢,由于相变点较高,高频感到加热淬火时,易发生软点和硬度不匀称,选择高频淬火用钢时,应思量上述元素不要凌驾必然含量。

钢中碳化物类型、形态、尺寸及漫衍对高频淬火工件的质量有显著影响。钢中有网状碳化物、碳化物尺寸过大并漫衍不匀称时,易发生硬度不匀称和硬度不足等缺陷。

因此高频淬火受预先热处置惩罚的影响很大,高频淬火最佳原始组织是调质处置惩罚的回火索氏体。高频感到圈不匀称时,也会导致淬火硬度不足,喷射角度不妥,喷射孔巨细、数量位置不合理或喷孔被堵塞时,往往导致高频淬火工件硬度不足或形成软点。渗碳工件硬度不足和软点多由渗碳不足、淬火时脱碳、淬火温渡过低、淬火冷却速度不足、外貌残余奥氏体量过多、回火过分、工件外貌不清洁、渗碳不匀称或冷却不匀称造成。

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2. 有色金属合金力学机能不及格 工业上用的最遍及的有色金属是铝、铜、镁、钛及其合金。有色金属与钢铁的热处置惩罚道理沟通,可是有其自身的特点。比方,共析转变对钢的热处置惩罚有重要感化,但在有色金属中就很少碰到;马氏体转变是钢铁质料赖以强化的主要手段,但除了少数铜合金和钛合金外,其他有色金属一般不能通过马氏体转变强化。

有色金属常用的热处置惩罚工艺是匀称化退火、再结晶退火、去应力退火、固溶处置惩罚和时效处置惩罚。固溶时效是有色金属最常用的也是最重要的热处置惩罚强化工艺。有色金属热处置惩罚应出格注意以下问题: 1)有色金属生动,对加热情况要求严格。

比方,钛合金的加热情况一般应为真空或微氧化氛围;为制止氧化,镁合金常在二氧化硫或二氧化碳掩护氛围中加热;为制止氢脆,紫铜需要在中性或弱氧化性氛围下热处置惩罚。2)为了到达最大的固溶效果,很多有色金属合金的固溶温度靠近固相线的温度,为了防止产生过热过烧,必需严格节制炉温和加热保温时间。有色金属因为热处置惩罚不妥,引起力学机能不及格的常见原因及防止方法见表3。

▼表3 有色金属热处置惩罚常见力学机能缺陷及防止方法 3. 过热与过烧 金属或合金在热处置惩罚加热时,由于温渡过高,晶粒长得很大,乃至机能显著降低的现象,称之为过热;加热温度靠近其固相线时,晶界氧化和开始部门熔化的现象,称之为过烧。3.1 过热 过热组织包括布局钢的晶粒粗大,马氏体粗大、残余奥氏体过多、魏氏组织,高速钢的网状碳化物、共晶组织(莱氏体组织)、萘状断口、马氏体不锈钢的铁素体过多、黄铜合金脱锌使外貌呈现白灰,酸洗后呈麻面等。典型的过热组织如图7 所示。

过热组织按正常热处置惩罚工艺消除的难易水平,可分为不变过热和不不变过热两类,一般过热组织可通过正常热处置惩罚消除,称之为不不变过热组织。不变过热组织是指经一般正火、退火和淬火不能完全消除的过热组织。

▲图7 典型过热组织描摹 过热的重要特征是晶粒粗大,它将降低钢的屈服强度、塑性、打击韧度和疲劳强度,提高钢的脆性转变温度。拜见图8、图9 ,表5、表6。

▲图8 晶粒巨细对钢的屈服强度的影响 ▲图9 晶粒巨细对钢的脆性转变温度的影响 1-C0.02% Ni0.03% 2-C0.02% Ni3.64% ▼表5 晶粒度对工业纯铁力学机能的影响 ▼表5 晶粒度对2135合金疲劳机能的影响 过热的另一个重要特征是淬火马氏体粗大,它将降低打击韧度和耐磨性,增加淬火变形倾向和淬火开裂倾向,如图10、图11、和表7、表8 所示。中碳钢顿时按其形态和尺寸分为8级,7、8级即为过热组织。▲图10 马氏体等级对打击韧度的影响 ▲图11 马氏体等级对耐磨性的影响 ▼表7 45钢及40Cr钢淬火变形的尺寸变化(0.01mm) ▼表8 45钢淬裂尝试成果 钢的过热缺陷另有魏氏组织、萘状断口、石状断口等,不仅能大大降低钢的力学机能并且很容易发生淬火开裂。各类过热组织的特征和防备办法建表9。

为了防止发生过热,应正确的拟定并实施合理的热处置惩罚工艺,严格节制炉温和保温时间一般过热组织可以通过多次退火或正火消除,对于较严重的过热组织,如石状断口,不能用热处置惩罚消除,必需接纳高温形变和退火结合感化才能消除。▼表8 国组织特征及防备挽救办法 3.2 过烧 过烧组织包括晶界局部熔化、纤维空洞,铝合金外貌发黑、起泡、断口灰色无光泽,镁合金外貌氧化瘤等。典型的过烧组织见图12。

图12 典型的过烧组织(50A钢) 150X 过烧组织使机能严重恶化,极易发生热处置惩罚裂纹,所以过烧是不允许发生的热处置惩罚缺陷,一旦呈现过烧,贵重零件只能报废,因此热处置惩罚出产中要严格防止呈现过烧。4. 球化级别不及格 汽车、拖拉机及其他各类呆板都大量使用尺度件和紧固件,轴、销、杆等尺度件大大都使用自动车床车削加工,而螺栓、螺母、铆钉等紧固件大大都接纳冷镦加工,为了提高出产率,适应自动切削和冷镦加工,其钢料的预备热处置惩罚是退火或球化退火,应该对球化水平予以节制。自动车削加工要求钢材具有杰出的车削机能,塑性不能太高, 不然容易“粘刀” 车屑不停,但愿钢材组织为片状珠光体;而冷镦加工要求钢材具有杰出的冷镦机能,塑性要好,以包管冷镦时不开裂,但愿钢材金相组织为球状珠光体。

为此有行业尺度JB/T5074-91《低、中碳钢球化率级别 》来评定球化级别。以碳化物球化水平评级,1级球化率为0,即珠光体完全是片状,6级球化率为100%,即碳化物为完全球化状态。

冷镦用中碳钢一般要求4~6级,自念头床加工用低、中碳钢一般要求1~3级。低、中碳钢预备热处置惩罚的球化不及格将严重影响其冷镦和自动切削机能,球化级别对冷镦机能影响如表10 所示 ,由此可以看出,球化1~3级冷镦量大时,将会发生开裂,而在4~6级则冷镦时无开裂,所以冷镦用钢球化率节制在4~6级为及格。大量出产实践表白,自动化车削加工用钢球化率节制在1~3级时,零件外貌粗拙度合适,带锯磨损正常,出产率高;假如球化率凌驾3级,很难举行自动化机床加工。

表10 差别级别金相组织对预顶锻成果的影响 免责声明:本文系网络转载,版权归原作者所有。但因转载浩瀚,或无法确当真正原始作者,故仅标明转载来历,如标错来历,涉及作品版权问题,请与我们接洽,我们将在第一时间协商版权问题或删除内容!返回,检察更多。


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