零讀雜談（熱處理十四）

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看到有大俠回復(fù)我說“一片苦心”。哈，8爺那個是”一片苦心“。我就是隨性發(fā)帖的人，什么也談不上。另外，看到有大俠在其他帖子里提到了45鋼是不是應(yīng)該滲碳的問題。這個問題其實應(yīng)該這么看，是不是應(yīng)該滲碳、氰化，其實看需求。45號鋼是中碳鋼，本身淬透性有，但是45號鋼淬火只能得到馬氏體組織，最多有微量滲碳體提高硬度。對于一般的使用來說，如果只是強化材料，增加表面抗疲勞能力等，淬火+回火工藝是可以滿足的。但如果對于表面有特殊的耐磨要求時，我們就需要將表面的含碳量增加，使其在熱處理過程中形成高硬度和耐磨性的網(wǎng)狀滲碳體組織。而這時，滲碳是需要的。所以，對于一個材料應(yīng)該選用怎樣的具體工藝，本質(zhì)上是根據(jù)設(shè)計需求來選擇的，當(dāng)有了確定的設(shè)計需求之后，我們才需要根據(jù)需求選擇合適的組織來滿足，然后才能談具體應(yīng)該用什么工藝。我建議大家多看書，但不要背死書。要掌握關(guān)鍵，按著這個關(guān)鍵去理解為什么要那么用。好了，不多說了，繼續(xù)主題。

讀書：《金屬材料及熱處理》　陸大纮　許晉堃　合編
　　　人民鐵道出版社
( U" Y& [3 f) z8 ]3 x7 C# \" ]5 a4 x          《材料工程基礎(chǔ)》　王昆林　編
0 B. s* |% u7 `7 a& q& K　　　清華大學(xué)出版社
+ v' o. U- y- p, e& d) o           雜談十三
, D1 J+ U3 E3 u
鋼的淬透性及淬火缺陷

影響淬透性的因素。

鋼的淬透性由其冷卻速度決定。臨街冷卻速度越小，也就意味著奧氏體越穩(wěn)定，則淬透性越好。因此，凡是影響奧氏體穩(wěn)定的因素，均影響鋼的淬透性。
1。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
先說流行的觀點吧。首先說，對于碳鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響臨街冷卻速度，所謂的C線右移。因此，對于亞共析鋼，隨著含碳量的增加，淬透性增加。到共析鋼時達(dá)到最大。對于過共析鋼，卻正好相反，隨著含碳量的增加，淬透性則降低。流行觀點認(rèn)為，這是含碳量影響了臨街冷卻速度。
: z, @* B; d* ~9 Y+ m: t5 ]當(dāng)然，我不是專門從事這方面的研究者。但是從認(rèn)知上講，我并不太贊同這一形成理論。首先，臨街冷卻速度對于大多數(shù)的第一印象是由等溫冷卻曲線得來的，也就是TTT圖。但我們很清楚，TTT圖和CCT是很不同的。比如對于亞共析鋼，其珠光體轉(zhuǎn)變的尖部甚至?xí)浜笥谪愂象w轉(zhuǎn)變的尖部。所謂鼻尖位置便不再是以珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶞?zhǔn)。此外，從淬透性的測定我們也清楚，淬透性的測定依據(jù)是半馬氏體區(qū)的位置。而半馬氏體的獲取除了跟珠光體的形成有關(guān)，對于亞共析鋼，還存在珠光體與貝氏體的共生線，存在貝氏體與馬氏體的共生線。因此，從這個方面說，單純的說C線移動形成淬透性不同，過去牽強。
但是，總的來說，這種碳含量的影響是客觀存在的，我們可以先記憶這個事實，回頭再討論和研究其本質(zhì)。
2。合金元素。
除鈷以外，其他與鐵溶合的合金元素在溶于奧氏體后，都會使臨界冷卻速度降低，因而提高鋼的淬透性，因此合金鋼的淬透性往往要優(yōu)于碳鋼。（插一句，后面再回頭研究晶體結(jié)構(gòu)的時候，會在穿插討論這一問題。）
3。奧氏體化溫度。
提高奧氏體華溫度，將使奧氏體晶粒長大，成份均勻，可以減少珠光體的形核率，降低鋼的臨界冷卻速度，增加其淬透性。（這點是基于過冷形核的觀點，老的教材上沒有提及，新教材才涉及）
4。鋼中的未溶第二相
鋼中未溶得碳化物、氮化物及其他非金屬雜質(zhì)物，都能促進(jìn)奧氏體分解時的形核率和形核速度，使得即便在小過冷度下也容易發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。因此會提高臨界冷卻速度，降低淬透性。（同上一點一樣，都是基于過冷形核形成的觀點）
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4 W- y! j6 |  G淬透性的應(yīng)用。
1。設(shè)計零件時應(yīng)根據(jù)工作條件確定對鋼的淬透性要求。對于要求整個截面一致機械性能的，比如連桿螺栓、錘桿等，就要一定要淬透。對于不要求整個截面一致性的，則可不只淬硬部分材質(zhì)，比如以半徑或者厚度的一半或1/4為標(biāo)準(zhǔn)。同是，淬透性的需求也決定了，零件設(shè)計中的尺寸。
5 v# T. m* k3 U. b0 G7 Q! n2。根據(jù)淬透性曲線找出零件整個截面上的硬度分布。然后可以根據(jù)這個分布圖，對設(shè)計的零件進(jìn)行粗略的組織校驗，以此判定是否能滿足你的設(shè)計要求，同是對于特殊零件還可以起到指導(dǎo)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的作用。例如下圖是一直徑50mm的圓鋼棒制作的曲線，以此判定設(shè)計需求。下二圖，則是零件表面到中心的硬度分布曲線，既方便設(shè)計者確定組織構(gòu)成，也方便精確設(shè)計時的應(yīng)力分析。

3。設(shè)計中計算強度需要查閱手冊時，要注意手冊上的性能數(shù)據(jù)是基于多大尺寸試樣測得得。因為試樣尺寸越大，淬硬層越淺，性能越低。而小試樣的數(shù)據(jù)則會偏高。因此，對于重要零件應(yīng)合理考慮其差異，對于特別重要的則應(yīng)根據(jù)自己情況實測。
# }* |3 X" v' n0 v$ N1 Y4。碳鋼淬透性較低，用作大尺寸工件，難以淬透，因此大尺寸攻堅的調(diào)質(zhì)處理其性能不必正火高多少。當(dāng)然，對于表面要求的不在此列。因此，可以考慮合金鋼。
5。安排工藝時，也應(yīng)考慮淬透性。對于淬硬層淺的的大件，應(yīng)注意加工余量的選擇，既要保證精加工之后剩余部分的組織要求，又要保證粗加工后再安排淬火工藝的變形。
6。對于焊接件不要求用淬透性高的鋼種，否則焊縫熱影響區(qū)內(nèi)易形成淬硬組織，使脆性增加，產(chǎn)生裂紋。
- V+ C( Y" Q- V' A/ X5 @: j& m# u7。對于表面處理的鋼，一般不要求有高的淬透性。

' a/ J* l/ d+ @  J  U- F$ V9 a+ X& u淬火缺陷及防止方法。

& F& {4 g. O( v& t4 u淬火缺陷主要是兩大類，變形和裂紋。
淬火變形和裂紋都是由淬火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力引起的，這種應(yīng)力有兩類：一類是零件急冷時由于內(nèi)外溫差產(chǎn)生的體積收縮不一致，叫做熱應(yīng)力。另一類是奧氏體轉(zhuǎn)變時零件各部分體積膨脹先后不一致，例如透鏡馬的撞晶，這種稱為組織應(yīng)力。對于形狀簡單的零件，熱應(yīng)力往往使零件表面形成壓應(yīng)力，而內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力。而組織應(yīng)力往往使表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。
當(dāng)這種淬火應(yīng)力（兩種）的復(fù)合應(yīng)力大于鋼材屈服強度時，零件就會產(chǎn)生變形。當(dāng)復(fù)合應(yīng)力大于抗拉極限時，則形成開裂。下圖為兩種應(yīng)力帶來的變形夸大化圖解。（但是必須要說，這種以屈服強度和抗拉極限的比較實際上不甚合理。材料屈服，源于晶格間拉力的斷裂和再形成。材料斷裂則是晶格間拉力的斷裂后不可再恢復(fù)。回頭說晶格的時候再說吧）。
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: u. c% j' [& w3 d' w; t貌似又說不完了。明天繼續(xù)。
& x/ q: S4 t7 O4 R- KPS。今天的內(nèi)容，量可能不多，但是可以而且值得討論的地方很多。歡迎大家討論。

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gzzhangxuanlong

樓主說得很詳細(xì)

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Pascal

1 w' v. E8 j) U/ y  V

zerowing 發(fā)表于 2015-11-10 11:41
/ E6 C2 P! L) f* @2 u感謝大俠參與，但實在不敢承大俠的贊賞。
( L! k* k0 J* T7 O* Z' @
! d& a/ |* P5 _: t關(guān)于45鋼的滲碳問題，大俠的說法與絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)論調(diào)是一樣 ...

/ Q+ j7 }$ q6 I- Y2 ^' Z& \5 L9 r1 C零俠客氣了。

1. 45鋼滲碳其實是沒必要滲碳，這點零俠說得很透徹，也比我們說得清楚明白。
0 }+ t" M. p0 ^' M) r2. 下面我說一個45鋼滲碳的特例，可惜我只知道這一例。
7 g9 q, D; o5 n, p     一個沖壓件，但表面硬度要求很高，HRC58+6，對沖擊韌性沒什么特殊要求。
    傳統(tǒng)工藝是低碳鋼沖壓之后滲碳，但滲碳過程很耗時，費用高；后來該廠開發(fā)出45鋼沖壓后滲碳，滲碳時間短了很多，節(jié)省了不少費用。在經(jīng)過實驗測試、小批量測試后，才量產(chǎn)，從客戶反饋看，確實滿足了工況要求。

天天天藍(lán)_

透鏡馬的撞晶，不明白，也沒聽說過

zerowing

Pascal 發(fā)表于 2015-11-9 16:51
零俠基礎(chǔ)真是扎實！
關(guān)于45鋼滲碳問題，補充一下。
+ A. O  `8 {* `6 ~( D1. 滲碳工藝的目的是獲得表面高硬度，同時保持芯部韌性 ...

* p2 r' ~/ X4 [" u5 \# N感謝大俠參與，但實在不敢承大俠的贊賞。

" \% S" N( ?- r/ G1 e5 C9 R) ?關(guān)于45鋼的滲碳問題，大俠的說法與絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)論調(diào)是一樣的。這個的具體出處我已經(jīng)尋不著了。不過確實有這種說法。
大俠這么說沒錯，不過就熱處理工藝來說，其實可以討論一下。當(dāng)然，要說，本來提及滲碳淬火這事兒也沒有任何針對的意思，只是希望諸君不要被一兩句書本的話所局限，背死書沒有啥意思了就。

首先，45鋼的淬透性是有限的，水淬的臨界直徑只有13~17mm。這也就意味著當(dāng)零件直徑較大時，別說滲碳時擔(dān)心芯部因為有馬氏體而太脆，就連你真想得到馬氏體組織都是困難的。因此，廣為流傳的這句話不能說錯，但是必須要清楚這種說法的局限性和要表達(dá)的意思。比如鬼子有一篇以45鋼滲碳淬火的研究論文，從金相上看，其實對于大尺寸零件來說，這個淬硬芯部的說法其實完全沒有根據(jù)了也。
其次，45鋼不推薦滲碳淬火，這個即便是鬼子也會這么說。其原因是45鋼基本沒有滲碳的必要性。45鋼淬火本身已經(jīng)能到HRC55+，對于絕大多數(shù)場合已經(jīng)滿足要求。而對于特殊場合，與其花大力氣搞滲碳，倒不如改用40Cr或者其他滲碳鋼來的快。因此，45鋼實際生產(chǎn)中幾乎看不到有滲碳的。
# Z1 {9 ^2 J; H( y另外，我沒有仔細(xì)研究過45鋼的淬火組織問題。所以不確定45鋼在等溫馬氏體淬火中，是否得到的是透鏡馬。如果在較高溫度上可以得到細(xì)透鏡馬或者板條馬，那么實際上對于芯部的韌性來說也不一定有多大影響。特別是當(dāng)芯部冷卻速度略慢而形成下貝氏體組織時，其實韌性在一定程度上是有保證的。
' b+ y7 r, X/ |$ {2 o最后，從原理上說，45鋼如果進(jìn)行滲碳淬火，很可能不是單純的一道滲碳淬火可以滿足的。簡單的說，可以分為滲碳固碳、正火細(xì)化準(zhǔn)備、表面淬火硬化三個階段。以此來達(dá)到表硬內(nèi)韌的目的。但就像前面說的，與其如此費力，真不如改用其他材料來的快捷。
8 {: |$ e2 x# V' N2 l, y
當(dāng)然，僅僅是作為討論，遇到實際情況，45鋼還是不要嘗試滲碳處理的好。
再次感謝大俠參與。
* }) B, i1 q# Y  U' G" i' m

sdh白癡

學(xué)習(xí)
先下載
/ h; j+ L. j/ m; k) E再慢慢看

Pascal

零俠基礎(chǔ)真是扎實！
0 R) _/ C6 l: U' `2 F關(guān)于45鋼滲碳問題，補充一下。
1. 滲碳工藝的目的是獲得表面高硬度，同時保持芯部韌性
* W4 O$ r7 C( e  z2. 45鋼可以滲碳，這是毋庸置疑的。
3. 但生產(chǎn)上幾乎不用45鋼滲碳；因為滲碳淬火后，45鋼芯部是硬脆的馬氏體，失去滲碳的意義。

海燕ZHpf

坐個沙發(fā)學(xué)習(xí)，謝謝LZ。