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鋼在加熱時(shí),鋼的組織會(huì)發(fā)生哪些轉(zhuǎn)變?
專欄:行業(yè)資訊
發(fā)布日期:2023-07-21
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大多數(shù)熱處理工藝(如淬火、正火、退火等)都要將鋼加熱到臨界溫度以上,獲得全部或部分奧氏體組織,并使其成分均勻化,即進(jìn)行奧氏體化。加熱時(shí)形成的奧氏體的質(zhì)量(成分均勻性及晶粒大小等),對(duì)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程及組織、性能有極大的影響。因此,了解奧氏體化規(guī)律是掌握熱處理工藝的基礎(chǔ)。 一、轉(zhuǎn)變溫度 根據(jù)Fe-Fe3C相圖可知,共析鋼、亞共析鋼和過(guò)共析鋼加熱時(shí),若想得到完全奧氏體組織,必須分別加熱到PSK線(A1)、GS線(A3)和ES線(Accm)以上。實(shí)際熱處理加熱和冷卻時(shí)的相變是在不完全平衡的條件下進(jìn)行的,即加熱和冷卻溫度與平衡態(tài)有一偏離程度(過(guò)熱度或過(guò)冷度)。通常將加熱時(shí)的臨界溫度標(biāo)為AC1、AC3、Accm;冷卻時(shí)標(biāo)為Ar1、Ar3、Arcm,如圖1所示。 圖1 鋼在加熱和冷卻時(shí)的臨界溫度 二、 奧氏體化 若加熱溫度高于相變溫度,鋼在加熱和保溫階段(保溫的目的是使鋼件里外加熱到同一溫度),將發(fā)生室溫組織向A的轉(zhuǎn)變,稱奧氏體化。奧氏體化過(guò)程也是形核與長(zhǎng)大過(guò)程,是依靠鐵原子和碳原子的擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)的,屬于擴(kuò)散型相變。下面以共析鋼為例介紹其奧氏體化過(guò)程,亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體化過(guò)程與共析鋼基本相同,但略有不同。亞共析鋼加熱到AC1以上時(shí)還存在有自由鐵素體,這部分鐵素體只有繼續(xù)加熱到AC3以上時(shí)才能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體;過(guò)共析鋼只有在加熱溫度高于Accm時(shí)才能獲得單一的奧氏體組織。 共析鋼奧氏體化過(guò)程為(如圖2所示):
1.A晶核的形成:鋼加熱到AC1以上時(shí),P變得不穩(wěn)定,F(xiàn)和Fe3C的界面在成分和結(jié)構(gòu)上處于最有利于轉(zhuǎn)變的條件下,首先在這里形成A晶核。 2.A晶核的長(zhǎng)大:A晶核形成后,隨即也建立起A-F和A-Fe3C的C濃度平衡,并存在一個(gè)濃度梯度。在此濃度梯度的作用下,A內(nèi)發(fā)生C原子由Fe3C邊界向F邊界的擴(kuò)散,使其同Fe3C和F的兩邊界上的平衡C濃度遭破壞。為了維持濃度的平衡,C滲碳體必須不斷往A中溶解,且F不斷轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>A。這樣,A晶核便向兩邊長(zhǎng)大了。 3.剩余Fe3C的溶解:在A晶核長(zhǎng)大過(guò)程中,由于Fe3C溶解提供的C原子遠(yuǎn)多于同體積F轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>A的需要,所以F比Fe3C先消失,而在A全部形成之后,還殘存一定量的未溶Fe3C。它們只能在隨后的保溫過(guò)程中逐漸溶入A中,直至完全消失。 4.A成分的均勻化:Fe3C完全溶解后,A中C濃度的分布并不均勻,原先是Fe3C的地方C濃度較高,原先是F的地方C濃度較低,必須繼續(xù)保溫(保溫目的之二),通過(guò)碳的擴(kuò)散,使A成分均勻化。 三、影響奧氏體化的因素 A的形成速度取決于加熱溫度和速度、鋼的成分、原始組織,即一切影響碳擴(kuò)散速度的因素。 1.加熱溫度:隨加熱溫度的提高,碳原子擴(kuò)散速度增大;同時(shí)溫度高時(shí)GS和ES線間的距離大,A中碳濃度梯度大,所以?shī)W氏體化速度加快。 2.加熱速度:在實(shí)際熱處理?xiàng)l件下,加熱速度愈快,過(guò)熱度愈大。發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度愈高,轉(zhuǎn)變的溫度范圍愈寬,完成轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間就愈短(圖3),因此快速加熱(如高頻感應(yīng)加熱)時(shí),不用擔(dān)心轉(zhuǎn)變來(lái)不及的問(wèn)題。
3.鋼中碳含量:碳含量增加時(shí),Fe3C量增多,F和Fe3C的相界面增大,因而A的核心增多,轉(zhuǎn)變速度加快。 4.合金元素:合金元素的加入,不改變A形成的基本過(guò)程,但顯著影響A的形成速度。 5.原始組織:原始P中的Fe3C有兩種形式:片狀和粒狀。原始組織中Fe3C為片狀時(shí)A形成速度快,因?yàn)樗南嘟缑娣e較大。并且,Fe3C片間距愈小,相界面愈大,同時(shí)A晶粒中C濃度梯度也大,所以長(zhǎng)大速度更快。 上一頁(yè):1-6月我國(guó)鑄件出口情況
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