信息來(lái)源于:互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于:2021-05-25
精密零件加工對熱處理的理解包含于對冶金學(xué)較廣泛的研究。冶金學(xué)是物理學(xué)、化學(xué)和涉及金屬從礦石提煉到最后產(chǎn)物的工程學(xué)。熱處理是將金屬在固態(tài)加熱和冷卻以改變其物理性能的操作。按所采用的步驟,鋼可以通過(guò)硬化來(lái)抵抗切削和磨損,也可以通過(guò)軟化來(lái)允許機加工。
使用合適的熱處理可以去除內應力、細化晶粒、增加韌性或在柔軟材料上覆蓋堅硬的表面。因為某些元素(尤其是碳)的微小百分比極大地影響物理性能,所以必須知道對鋼的分析。合金鋼的性質(zhì)取決于其所含有的除碳以外的一種或多種元素,如鎳、鉻、錳、鉬、鎢、硅、釩和銅。由于合金鋼改善的物理性能,它們被大量使用在許多碳鋼不適用的地方。
?下列討論主要針對被稱(chēng)為普通碳鋼的工業(yè)用鋼而言。熱處理時(shí)冷卻速率是控制要素,從高于臨界溫度快速冷卻導致堅硬的組織結構,而緩慢冷卻則產(chǎn)生相反效果。
簡(jiǎn)化鐵碳狀態(tài)圖
如果只把注意力集中于一般所說(shuō)的鋼上,經(jīng)常要用到簡(jiǎn)化鐵碳狀態(tài)圖。鐵碳狀態(tài)圖中靠近三角區和含碳量高于2%的那些部分對工程師而言不重要,因此將它們刪除。這對理解鋼的性能和處理是十分有用的。描述的關(guān)鍵轉變是單相奧氏體(γ)?隨著(zhù)溫度下降分解成兩相鐵素體加滲碳體組織結構??刂七@一由于奧氏體和鐵素體的碳溶解性完全不同而產(chǎn)生的反應,使得通過(guò)熱處理能獲得很大范圍的特性。為了理解這些過(guò)程,考慮含碳量為0.77%的共析鋼,?x-x’線(xiàn)慢慢冷卻。在較高溫度時(shí),只存在奧氏體,0.77%的碳溶解在鐵里形成固溶體。當鋼冷卻到727℃?(1341℉)時(shí),將同時(shí)發(fā)生若干變化。鐵需要從面心立方體奧氏體結構轉變?yōu)轶w心立方體鐵素體結構,但是鐵素體只能容納固溶體狀態(tài)的0.02%的碳。被析出的碳與金屬化合物Fe3C形成富碳的滲碳體。本質(zhì)上,共析體的基本反應是奧氏體0.77%的碳→鐵素體0.02%的碳+滲碳體6.67%的碳。
?由于這種碳成分的化學(xué)分離完全發(fā)生在固態(tài)中,產(chǎn)生的組織結構是一種細致的鐵素體與滲碳體的機械混合物。通過(guò)打磨并在弱硝酸酒精溶液中蝕刻制備的樣本顯示出由緩慢冷卻形成的交互層狀的薄片結構。這種結構由兩種截然不同的狀態(tài)組成,但它本身具有一系列特性,且因與低倍數放大時(shí)的珠母層有類(lèi)同之處而被稱(chēng)為珠光體。含碳量少于共析體(低于0.77%)的鋼稱(chēng)為亞共析鋼?,F在來(lái)看這種材料沿著(zhù)y-y’ 線(xiàn)冷卻的轉變情況。
在較高溫度時(shí),這種材料全部是奧氏體,但隨著(zhù)冷卻就進(jìn)入到鐵素體和奧氏體穩定狀態(tài)的區域。由截線(xiàn)及杠桿定律分析可知,低碳鐵素體成核并長(cháng)大,剩下含碳量高的奧氏體。
在727℃(1341℉)時(shí),奧氏體為共析組成(含碳量0.77%),再冷卻剩余的奧氏體就轉化為珠光體。作為結果的組織結構是初步的共析鐵素體(在共析反應前的鐵素體)和部分珠光體的混合物。過(guò)共析鋼是含碳量大于共析量的鋼。當這種鋼冷卻時(shí),?z-z’線(xiàn)所示,除了初步的共析狀態(tài)用滲碳體取代鐵素體外,其余類(lèi)似亞共析鋼的情況。
隨著(zhù)富碳部分的形成,剩余奧氏體含碳量減少,在727℃(1341℉)時(shí)達到共析組織。就像以前說(shuō)的一樣,當緩慢冷卻到這溫度時(shí)所有剩余奧氏體轉化為珠光體。
?應該記住由狀態(tài)圖描述的這種轉化只適合于通過(guò)緩慢冷卻的近似平衡條件。如果緩慢加熱,則以相反的方式發(fā)生這種轉化。然而,當快速冷卻合金時(shí),可能得到完全不同的結果。因為沒(méi)有足夠的時(shí)間讓正常的狀態(tài)反應發(fā)生,在這種情況下對工程分析而言狀態(tài)圖不再是有用的工具。