枝晶偏析的合金對合金的力學(xué)性能影響較大.doc

枝晶偏析的合金對合金的力學(xué)性能影響較大。容易導(dǎo)致合金塑性韌性下降；易引起晶間腐蝕，降低合金的抗蝕性能。要消除枝晶偏析采用均勻化退火(擴(kuò)散退火)工業(yè)純鐵：塑性較好，強(qiáng)度較低，具有鐵磁性，在一般的機(jī)器制造中很少應(yīng)用，常用的是鐵碳合金鐵素體（F）：碳溶于a -Fe中的一種間隙固溶體，體心立方晶體結(jié)構(gòu)，組織和性能與工業(yè)純鐵相同奧氏體（A）：碳溶于g -Fe中的一種間隙固溶體，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)，塑性好，變形抗力小，易于鍛造成型滲碳體：鐵和碳的金屬化合物（即Fe3C）屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，硬而脆，強(qiáng)度很低，耐磨性好，是一個亞穩(wěn)定的化合物，在一定溫度下可分解為鐵和石墨 珠光體（P）：鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，是兩者呈層片相間的組織，即層片狀組織特征，可以通過熱處理得到另一種珠光體的組織形態(tài) 1.純鐵(0.0218%C）2.鋼（0.0218%2.11%C） 亞共析鋼（ 0.0218%0.77%C） 共析鋼（0.77%C） 過共析鋼（0.77%C 2.11%C ） 過共晶白口（4.3%6.69%C ） 共晶白口鐵（4.3%C） 亞共晶白口鐵（2.114.3%C） 3.白口鑄鐵（2.11%6.69%C） 1. 亞共析鋼的組織是由鐵素體和珠光體組成，隨含碳量的增加。其組織中珠光體的數(shù)量隨之增加，因而強(qiáng)度、硬度也升高，塑性、韌性不斷下降。 2. 過共析鋼的組織是由珠光體和網(wǎng)狀二次滲碳體組成，隨著鋼中含碳量的增加，其組織中珠光體的數(shù)量不斷減少，而網(wǎng)狀二次滲碳體的數(shù)量相對增加，因因強(qiáng)度、硬度上升，而塑性、韌性值不斷下降。但是，當(dāng)鋼中 Wc0.9時，二次滲碳體將沿晶界形成完整的網(wǎng)狀形態(tài)，此時雖然硬度繼續(xù)增高，但因網(wǎng)狀二次滲碳體割裂基體，故使鋼的強(qiáng)度呈迅速下降趨勢。至于塑性和韌性，則隨著含碳量的增加而不斷降低 e-彈性極限 s 屈服極限 b強(qiáng)度極限晶粒細(xì)化：強(qiáng)度，且塑韌性 4.3.1回復(fù)1）特征：溫度低，光學(xué)顯微組織未變化，亞結(jié)構(gòu)發(fā)生 了變化（位錯、點(diǎn)缺 陷密度降低，甚至出現(xiàn)亞晶界，三 個階段） 2）性能：力性變化不明顯（強(qiáng)硬度到高溫回復(fù)階段有所降低，但不大 內(nèi)應(yīng)力部分消除,導(dǎo)電率升高4.3.2 再結(jié)晶 1）特征：溫度較高（純金屬：TR0.4Tm），重新形核,無畸變的新晶粒完全取代舊晶粒 2）性能：強(qiáng)硬度顯著降低，塑韌性顯著提高（變形前水平）內(nèi)應(yīng)力完全消除 3）結(jié)晶驅(qū)動力與再結(jié)晶溫度 4.3.3 晶粒長大性能：強(qiáng)硬度進(jìn)一步降低，塑韌性提高，但若嚴(yán)重粗化則降低 控制：溫度、時間，防止過分長大 亞（過）共析鋼過冷A的等溫轉(zhuǎn)變與共析鋼相比，C曲線左移，多一條過冷AF （Fe3C）的轉(zhuǎn)變開始線，且Ms、Mf 線上（下）移。連續(xù)冷卻 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 CCT 和 TTT曲線的比較 CCT 位于 TTT曲線 右下方 CCT中沒有 AB 轉(zhuǎn)變 爐冷 P(V ) 空冷 S (V Vk) 油冷 T+M+A (Vk Vk) 水冷 M+A (VVk)C% 1.0 % 時，為針狀M 。C% = 0.251.0 % 時，為混合M 。C % M 硬度 針狀M 硬度高，塑韌性差。 板條M 強(qiáng)度高，塑韌性較好。 亞共析鋼 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷 F + P 空冷 F + S 油冷 T + M 水冷 M過共析鋼 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷 P + Fe3C 空冷 S + Fe3C 油冷 T + M + A 水冷 M + A轉(zhuǎn)變溫度對共析鋼硬度和韌性的影響按轉(zhuǎn)變溫度的高低,轉(zhuǎn)變產(chǎn)物分別是： P、S、T，上B、下B、M， 其硬度依次增加。1退火：加熱、保溫后，緩冷(爐冷) 近平衡組織 P（ + F 或 Fe3CII ） 擴(kuò)散退火 ：加熱至略低于固相線 目的：使成分、組織均勻再結(jié)晶退火:：加熱溫度 TR + 3050 目的：消除加工硬化 去應(yīng)力退火 ：加熱溫度 Ac1 ，一般為 500650 目的:消除冷熱加工后的內(nèi)應(yīng)力完全退火（亞共析鋼） ：加熱溫度 Ac3 + 2030 緩冷 F + P 目的：細(xì)化晶粒，均勻化組織 降低硬度 切削性等溫退火：等溫轉(zhuǎn)變F + P，再緩冷 球化退火（過共析鋼） ：在Ac+ 2030等溫,使Fe3C球化，再緩冷 球狀P（F +球狀Cm） 目的：硬度,切削性,韌性正火：加熱溫度 Ac3 ( Accm ) + 3050， 空冷 S （ + F 或 Fe3CII ）應(yīng)用: 1) 鋼的最終熱處理 , 細(xì)化晶粒，組織均勻化，增加亞共析鋼中P(S)% 強(qiáng)度、韌性、硬度 2) 預(yù)先熱處理 淬火、球化退火前改善組織。 3) 增加低碳鋼的硬度，以改善切削加工性能。 3淬火（蘸火）加熱到Ac3、Ac1以上，保溫，快速冷卻 M 。 淬火溫度 1) 亞共析鋼 Ac3 + 3050 2) 過共析鋼 Ac1 + 3050 ， M + Fe3CII + A ，硬度大。 A中C% M 脆性 ，殘余A% 淬火溫度低 M細(xì)小，淬火應(yīng)力小。 冷卻速度： 鹽水 水 鹽浴 油淬火方法單介質(zhì)淬火：水、油冷 雙介質(zhì)淬火：水冷 + 油冷分級淬火： Ms鹽浴中均溫空冷 等溫淬火（ 在鹽、堿浴中） 下B 淬硬性：淬火后獲得的最高硬度，C%淬硬性淬透性影響淬透性的因素 ：除Co外，合金使VK , 淬透性4回火：淬火后，加熱到Ac1以下，保溫，冷卻。 目的：消除淬火應(yīng)力，調(diào)整性能。 低溫回火（150250） 回火M ( 過飽和F +薄片狀Fe2.4C ) + A 淬火應(yīng)力 ，韌性 ，保持淬火后的高硬度。用于高C工具鋼等。中溫回火（350500） 回火T (F +細(xì)粒狀Cm ) 彈性極限和屈服強(qiáng)度，韌性和硬度中等。用于彈簧等。高溫回火（500650） 回火S (等軸狀F +粒狀Cm ) 綜合機(jī)械性能最好, 即強(qiáng)度、塑性和韌性都較好。用于重要零件。 回火時性能的變化 回火溫度 硬度、強(qiáng)度 ， 塑性鋼的滲 C 氣體、固體滲 C低C鋼在高C介質(zhì)中加熱到900950、保溫 高碳表層（約1.0%）目的：表面硬度，耐磨性 ，心部保持一定的強(qiáng)度和塑韌性。鋼的氮化工件表面滲入N原子，以提高硬度、耐磨性，疲勞強(qiáng)度和耐蝕性。氮化溫度低(500600)，時間長（2050h），滲層薄。氮化前調(diào)質(zhì)處理、氮化后無須淬火。 碳化物形成元素有（按強(qiáng)弱次序排列）：鈦、鋯、鈮、釩、鎢、 ?鉬、鉻、錳、鐵。 6.3.3.1 合金元素對鋼在加熱轉(zhuǎn)變時的影響 (1) 對奧氏體化的影響：強(qiáng)碳化物形成元素鈦、鈮、鋯延緩?qiáng)W氏體化過程。非碳化物形成元素鎳、鈷等促進(jìn)奧氏體轉(zhuǎn)變。(2) 對奧氏體晶粒尺寸的影響 ：除錳以外的大多數(shù)合金元素都有阻礙奧氏體晶粒長大的趨勢6.3.3.2 合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響（1） 對“C”曲線的影響：除鈷以外的大多數(shù)合金元素都不同程度地使C曲線右移，增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，提高鋼的淬透性（只有當(dāng)合金元素完全溶人奧氏體中才會產(chǎn)生以上的作用）。（2）對Ms點(diǎn)的影響：除鈷、鋁以外，大多數(shù)合金元素溶人奧氏體中會降低鋼的Ms點(diǎn)，增加了鋼中的殘余奧氏體的數(shù)量 6.4.3 滲碳鋼用來制造滲碳零件的鋼稱為滲碳鋼 ，化學(xué)成分 ：C:0.100.25 加入合金元素Ni、Cr、Mn、B等 熱處理特點(diǎn): 預(yù)先熱處理一般采用正火工藝，滲碳后熱處理一般是 淬火加低溫回火，或是滲碳后直接淬火。6.4.4 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼一般是中碳鋼，鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(0.300.50)C之間。合金調(diào)質(zhì)鋼的主加元素是鉻、鎳、硅、錳 熱處理特點(diǎn): 預(yù)先熱處理采用退火或正火工藝 ，最終熱處理是淬火十高溫回火 6.4.5 彈簧鋼 ：彈簧鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(0.40一0.70)C之間，合金彈簧鋼中的主加合金元素是硅和錳。6.4.6 滾動軸承鋼滾動軸承鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，一般在(0.95一1.10)C之間 。鉻是滾動軸承鋼的基本合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(0.41.05)Cr。 熱處理特點(diǎn) ： 滾動軸承的預(yù)先熱處理采用球化退火，最終熱處理一般是淬火+低溫回火。6.5.1 刃具鋼低合金刃具鋼：低合金刃具鋼碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)大都在(o75一15)C之間 ，預(yù)先熱處理是球化退火 ，最終熱處理是淬火+低溫回火高合金工具鋼（高速鋼）：高速鋼的碳平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，一般為(0.70一1.50)C。 高速鋼淬火后要在560回火三次 7鑄鐵1） 白口鑄鐵：C全部以滲碳體形式存在，如共晶鑄鐵組織為Ld，斷口白亮，硬而脆，很少應(yīng)用；2） 灰口鑄鐵：C大部分或全部以石墨形式存在，如共晶鑄鐵組織為F+G、F+P+G、P+G，斷口暗灰，廣泛應(yīng)用；3） 麻口鑄鐵：C大部分以滲碳體形式存在，少部分以石墨形式存在，如共晶鑄鐵組為Ld+P+G，斷口灰白相間，硬而脆，很少應(yīng)用。7.1.3石墨與基