為使鋼具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能,除合理選用材料外,熱處理工藝是必不可少的。它不改變鋼的外形,但通過熱處理可以充分發揮鋼的潛能,并賦予鋼所需要的的特性,延長使用壽命。現在,基本上所有的工件都需要熱處理。熱處理技術在工業上的應用已經相當廣泛。
鋼的熱處理工藝性主要包括淬透性、粹硬性、回火脆性,過熱敏感性,耐回火性、氧化脫碳趨向及超高強度鋼表面狀態敏感性等,這些工藝性均與材料的化學成分和組織有關,是選材和制定生產工藝的重要依據。
1.淬透性 鋼的淬透性是指在一定條件下鋼件淬火后能夠獲得淬硬層的能力。鋼的摔透性一般可用淬火臨界直徑、截面硬度分布曲線和端淬硬度分布曲線等表示。
鋼的淬透性使鋼產生了尺寸效應(亦稱質量效應),由于零件截面尺寸大小不同而造成淬硬層深度不同,同時也影響淬火件表面硬度,因此設計師必須充分注意材料的淬透性,合理選擇材料,設計大截面或形狀復雜的重要零件時應選用淬透性好的合金鋼,可以保證沿整個截面都具有高強度和高韌性的良好配合,同時減少熱處理變形和開裂。設計師還要根據零件的服役條件合理確定淬透性要求,對于重要零件(如連桿,高強度螺栓、拉桿等),要求淬火后保證心部獲得90%以上馬氏體(體積分數),對于一般單向受拉,受壓的零件,則要求淬火后心部獲得50%馬氏體(體積分數)即可,因考慮剛度而尺寸較大的曲軸,淬火后只要求離表面1/4R處保證獲得50以上馬氏體(體積分數。彈簧零件一般要求淬透,對于滾動軸承、小軸承要全部淬透,但受沖擊載荷大的大軸斑則不宜淬透。
淬火臨界直徑是指淬火試件中心形成一定量馬氏體,即心部達到一定臨界硬度的最大直徑。
鋼的淬透性是制定熱處理工藝的重要依據,淬透性好的鋼淬火時,可以選用較緩和的淬火介質和較慢冷卻的淬火工藝,以減少零件的變形和開裂趨向。
2.氧化脫碳趨向 鋼在加熱過程中,由于周圍氧化氣氛的作用,表面形成金屬氧化物,使鋼表面失去原來的光澤,稱之為氧化;同時鋼材表面的碳全部或部分喪失掉,使表面碳含量降低,稱之為脫碳。在還原氣氛中加熱,-般不會產生氧化,但控制不好還會產生脫碳。
氧化使鋼表面失去金屬光澤,表面粗糙度值增加,精度下降,這對精密零件是不允許的。同時,氧化使鋼的強度降低,其他力學性能也下降,增加了淬火開裂和淬火軟點可能性。脫碳明顯降低鋼的淬火硬度、耐磨性及疲勞性能,高速鋼脫碳會嚴重影響熱硬性。各種鋼種中,含硅鋼的氧化脫碳傾向較大.
在工業生產中應盡量避免氧化脫碳:重要受力件不允許在最終零秤上有氧化脫磺層存在。為此,設計師必須根據生產過程和現場條件,合理留足加工余量,工藝師應適當安排好加工流程,熱處理工作者應積極采用各種少無氧化脫碳的熱處理工藝,控制氧化脫磺,保證零件熱處理質量,獲得穩定可靠的使用性能。
3.淬硬性.淬硬性是指鋼在理想淬火條件下,以超過臨界冷卻速度冷卻,使形成的馬氏體能夠達到最高硬度。鋼的淬硬性主要取決于鋼的含碳量,碳含量越高,淬火后硬度也越高,其他合金元素的影響較小。碳含量(質量分數)達0.6%時,淬火鋼的硬度接近最大值。碳含量進一步增加,雖然馬氏體硬度會有所提高,但由于殘留奧氏體量增加,碳素鋼的硬度提高不多,合金鋼的硬度反而會產降。
4.過熱敏感性 鋼在加熱時,由于溫度洼高,晶粒會長大,引起性能顯著降低的現象,稱之為過熱,加熱溫度接近固相線附近時,晶界會被氧化和部分熔化,稱之為過燒。
過熱的重要特征是晶粒粗大,將使鋼的屈服強度、塑性、沖擊韌度和疲勞性能降低,同時提高鋼的脆性轉變溫度;過熱還會使淬火馬氏體粗大,降低其耐磨性能,增加淬火變形和開裂傾向,因此工業上總是通過各種途徑細化晶粒,從而達到細化組織提高性能的目的。在各種鋼種中,含錳鋼的過熱敏感性較大。
對于一般過熱組織,可以通過多次正火或退火消除,對于較嚴重的過熱組織,如石狀斷口,不能用熱處理消除,必須采用高溫變形和退火聯合用才能消除。過燒組織不能挽救,是不允許的缺陷。
5.回火脆性 鋼制零件的使用性能主要通過回火獲得,回火溫度等參數主要根據設計強度要求來選擇。但很多鋼種隨回火溫度升高會出現兩次沖擊韌度明顯降低現象,稱之為回火脆性。
鋼在300左右溫度范圍回火時產生的回火脆性稱為第一類回火脆性,也稱低溫回火脆性。在400~550溫度范圍內回火時產生的回火脆性稱為第二類回火脆性,也稱高溫回火脆性。
在設計和生產中應盡量避免選用需要在回火脆性區回火所達到的強度水平,采用快速冷卻可以消除第二類回火脆性,選用含鉬、鎢的合金鋼、細晶粒鋼及高純凈鋼可降低回火脆性。
6.耐回火性 耐回火性是指鋼在回火時抵抗軟化的能力,也稱回火抗力、抗回火性和回尖穩定性.耐回火性好的鋼在回火時組織、性能變化緩慢,可以在較高溫度下回火后使用。合金鋼的耐回火性比碳鋼好,所以對于相同碳含量的鋼種要得到相同回火硬度時,合金鋼的回火溫度要比碳鋼高,回火時間較長,回火后內應力比碳鋼小,塑性和韌性也高。
在工業生產中,對于要求內應力消除較完全,強度與韌性配合好的零件,設計時應選用耐回火性好的合金鋼。對于使用溫度較高的零件,要選擇耐回火性好的鋼種,一般使用溫度最高限度在回火溫度以下50度。
7.超高強度鋼表面狀態敏感性 超高強度鋼具有比強度高的特點,可以減輕零件重量,提高產品性能,應用范圍不斷擴大。但超高剛的缺口敏感性較大,對表面狀態比較敏感,表面不完整將使其疲勞性能.耐腐蝕性能,塑性與韌性等大度下降,甚至造成災難性破壞,因此應注意改善缺口敏感性,保持表面完整性,防止氫脆和表面氧化—脫碳。
本文詳細的介紹了鋼的熱處理工藝性的一些特點。如果您還有疑問,趕緊撥打我們的熱線。0371-53732143我們將竭誠為您服務。鄭州高氏是專門生產制造銷售超音頻感應加熱設備的廠家。中秋將至,更多驚喜、更多優惠等著你。