強化鋼的常見方法主要是熱處理工藝:
整體熱處理(退火、正火、淬火和回火)、表面熱處理和化學熱處理
金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學熱處理三大類。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同,每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝,可獲得不同的組織,從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應用最廣的金屬,而且鋼鐵顯微組織也最為復雜,因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。
整體熱處理是對工件整體加熱,然后以適當?shù)乃俣壤鋮s,以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。
退火是將工件加熱到適當溫度,根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間,然后進行緩慢冷卻,目的是使金屬內(nèi)部組織達到或接近平衡狀態(tài),或者是使前道工序產(chǎn)生的內(nèi)部應力得以釋放,獲得良好的工藝性能和使用性能,或者為進一步淬火作組織準備。正火或稱?;菍⒐ぜ訜岬竭m宜的溫度后在空氣中冷卻,正火的效果同退火相似,只是得到的組織更細,常用于改善材料的切削性能,也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。
淬火是將工件加熱保溫后,在水、油或其他無機鹽溶液、有機水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬,但同時變脆。為了降低鋼件的脆性,將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當溫度進行較長時間的保溫,再進行冷卻,這種工藝稱為回火。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”,其中的淬火與回火關(guān)系密切,常常配合使用,缺一不可。
“四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同,又演變出不同的熱處理工藝 。為了獲得一定的強度和韌性,把淬火和高溫回火結(jié)合起來的工藝,稱為調(diào)質(zhì)。某些合金淬火形成過飽和固溶體后,將其置于室溫或稍高的適當溫度下保持較長時間,以提高合金的硬度、強度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時效處理。
把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來進行,使工件獲得很好的強度、韌性配合的方法稱為形變熱處理;在負壓氣氛或真空中進行的熱處理稱為真空熱處理,它不僅能使工件不氧化,不脫碳,保持處理后工件表面光潔,提高工件的性能,還可以通入滲劑進行化學熱處理。
表面熱處理是只加熱工件表層,以改變其表層力學性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內(nèi)部,使用的熱源須具有高的能量密度,即在單位面積的工件上給予較大的熱能,使工件表層或局部能短時或瞬時達到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應加熱熱處理,常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應電流、激光和電子束等。
化學熱處理是通過改變工件表層化學成分、組織和性能的金屬熱處理工藝?;瘜W熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學成分?;瘜W熱處理是將工件放在含碳、氮或其他合金元素的介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱,保溫較長時間,從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素后,有時還要進行其他熱處理工藝如淬火及回火?;瘜W熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬。
退火、正火、淬火、回火、表面熱處理和化學熱處理 就是具體的強化方法呀??!機理也說了哈!
鋼材的結(jié)構(gòu)和性能,具體如下:
1、按品質(zhì)分類
(1) 普通鋼(P≤0.045%,S≤0.050%)
(2) 優(yōu)質(zhì)鋼(P、S均≤0.035%)
(3) 高級優(yōu)質(zhì)鋼(P≤0.035%,S≤0.030%)
2.、按化學成份分類
(1) 碳素鋼:a.低碳鋼(C≤0.25%);b.中碳鋼(C≤0.25~0.60%);c.高碳鋼(C≥0.60%)。
(2) 合金鋼:a.低合金鋼(合金元素總含量≤5%);b.中合金鋼(合金元素總含量>5~10%);c.高合金鋼(合金元素總含量>10%)。
3、按成形方法分類:(1) 鍛鋼;(2) 鑄鋼;(3) 熱軋鋼;(4) 冷拉鋼。
4、按金相組織分類
(1) 退火狀態(tài)的:a.亞共析鋼(鐵素體+珠光體);b.共析鋼(珠光體);c.過共析鋼(珠光體+滲碳體);d.萊氏體鋼(珠光體+滲碳體)。
(2) 正火狀態(tài)的:a.珠光體鋼;b.貝氏體鋼;c.馬氏體鋼;d.奧氏體鋼。
(3) 無相變或部分發(fā)生相變的
5、按用途分類
(1) 建筑及工程用鋼:a.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼;b.低合金結(jié)構(gòu)鋼;c.鋼筋鋼。
(2) 結(jié)構(gòu)鋼
a.機械制造用鋼:(a)調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼;(b)表面硬化結(jié)構(gòu)鋼:包括滲碳鋼、滲氨鋼、表面淬火用鋼;(c)易切結(jié)構(gòu)鋼;(d)冷塑性成形用鋼:包括冷沖壓用鋼、冷鐓用鋼。
b.彈簧鋼
c.軸承鋼
(3) 工具鋼:a.碳素工具鋼;b.合金工具鋼;c.高速工具鋼。
(4) 特殊性能鋼:a.不銹耐酸鋼;b.耐熱鋼:包括抗氧化鋼、熱強鋼、氣閥鋼;c.電熱合金鋼;d.耐磨鋼;e.低溫用鋼;f.電工用鋼。
(5) 專業(yè)用鋼——如橋梁用鋼、船舶用鋼、鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、農(nóng)機用鋼等。
6、綜合分類
(1)普通鋼
a.碳素結(jié)構(gòu)鋼:(a) Q195;(b) Q215(A、B);(c) Q235(A、B、C);(d) Q255(A、B);(e) Q275。
b.低合金結(jié)構(gòu)鋼
c.特定用途的普通結(jié)構(gòu)鋼
(2)優(yōu)質(zhì)鋼(包括高級優(yōu)質(zhì)鋼)
a.結(jié)構(gòu)鋼:(a)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼;(b)合金結(jié)構(gòu)鋼;(c)彈簧鋼;(d)易切鋼;(e)軸承鋼;(f)特定用途優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。
b.工具鋼:(a)碳素工具鋼;(b)合金工具鋼;(c)高速工具鋼。
c.特殊性能鋼:(a)不銹耐酸鋼;(b)耐熱鋼;(c)電熱合金鋼;(d)電工用鋼;(e)高錳耐磨鋼。
7、按冶煉方法分類
(1) 按爐種分
a.平爐鋼:(a)酸性平爐鋼;(b)堿性平爐鋼。
b.轉(zhuǎn)爐鋼:(a)酸性轉(zhuǎn)爐鋼;(b)堿性轉(zhuǎn)爐鋼?;?(a)底吹轉(zhuǎn)爐鋼;(b)側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鋼;(c)頂吹轉(zhuǎn)爐鋼。
c. 電爐鋼:(a)電弧爐鋼;(b)電渣爐鋼;(c)感應爐鋼;(d)真空自耗爐鋼;(e)電子束爐鋼。
(2)按脫氧程度和澆注制度分
a.沸騰鋼(F);b.半鎮(zhèn)靜鋼(b);c.鎮(zhèn)靜鋼(Z);d.特殊鎮(zhèn)靜鋼(TZ)。 結(jié)構(gòu)鋼:(a)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼;(b)合金結(jié)構(gòu)鋼;(c)彈簧鋼;(d)易切鋼;(e)軸承鋼;(f)特定用途優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。
素的作用跟它在鋼中的存在形態(tài)/式(——形態(tài)和形式還不是一回事吧)密切相關(guān),是形成了化合物還是進入固溶體當中,作用不一樣,所以談作用肯定要說明其存在形式。
不同的鋼,經(jīng)過不同的熱處理,使得合金元素的存在形式發(fā)生變化,這時候元素的作用也發(fā)生變化了。這些東西在金屬材料的相關(guān)書籍中都有介紹,要想把合金元素用的很活,還是很難的,泛泛的說某種元素有某種作用恐怕不盡對,環(huán)境變了它的作用也變了,甚至產(chǎn)生壞的影響。
【 強化方式】 Al 縮小γ相區(qū),形成γ相圈;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為36%及0.6%,不形成碳化物,但與氮及氧親和力極強 主要用來脫氧和細化晶粒。在滲碳鋼中促使形成堅硬耐蝕的滲碳層。
含量高時,賦予鋼高溫抗氧化及耐氧化性介質(zhì)、H2S氣體的腐蝕作用。固溶強化作用大。
在耐熱合金中,與鎳形成γ′相(Ni3Al),從而提高其熱強性。有促使石墨化傾向,對淬透性影響不顯著 As 縮小γ相區(qū),形成γ相圈,作用與磷相似,在鋼中偏析嚴重 含量不超過0.2%時,對鋼的一般力學性能影響不大,但增加回火脆性敏感性 B 縮小γ相區(qū),但因形成Fe2B,不形成γ相圈。
在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為0.008%及0.02% 微量硼在晶界上阻抑鐵素體晶核的形成,從而延長奧氏體的孕育期,提高鋼的淬透性。但隨鋼中碳含量的增加,此種作用逐漸減弱以至完全消失 C 擴大γ相區(qū),但因滲碳體的形成,不能無限固溶。
在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為0.02%及2.1% 隨含量的增加,提高鋼的硬度和強度,但降低其塑性和韌性 Co 無限固溶于γ鐵,在α鐵中的溶解度為76%。非碳化物形成元素 有固溶強化作用,賦予鋼紅硬性,改善鋼的高溫性能和抗氧化及耐蝕的能力,為超硬高速鋼及高溫合金的重要合金化元素。
提高鋼的MS點,降低鋼的淬透性 Cr 縮小γ相區(qū),形成γ相圈,在α鐵中無限固溶,在γ鐵中的最大溶解度為12.5%,中等碳化物形成元素,隨鉻含量的增加,可形成(Fe,Cr)3C,(Cr ,Fe)7C3,(Cr ,Fe)23C6等碳化物 增加鋼的淬透性并有二次硬化作用,提高高碳鋼的耐磨性。含量超過12%時,使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質(zhì)腐蝕的作用,并增加鋼的熱強性。
為不銹耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金化元素。含量高時,易發(fā)生σ和475℃脆性 Cu 擴大γ相區(qū),但不無限固溶;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約2%或8.5%。
在724℃及700℃時,在α鐵中的溶解度劇降至0.68%及0.52% 當含量超過0.75%時,經(jīng)固溶處理和時效后可產(chǎn)生時效強化作用。含量低時,其作用與鎳相似,但較弱。
含量較高時,對熱變形加工不利,如超過0.30%,在氧化氣氛中加熱,由于選擇性氧化作用,在表面將形成一富銅層,在高溫熔化并侵蝕鋼表面層的晶粒邊界,在熱變形加工時導致高溫銅脆現(xiàn)象。如鋼中同時含有超過銅含量1/3的鎳,則可避免此種銅脆的發(fā)生,如用于鑄鋼件則無上述弊病。
在低碳低合金鋼中,特別與磷同時存在時,可提高鋼的抗大氣腐蝕性能。Cu2%~3%在奧氏體不銹鋼中可提高其對硫酸、磷酸及鹽酸等的抗腐蝕性及對應力腐蝕的穩(wěn)定性 H 擴大γ相區(qū),在奧氏體中的溶解度遠大于在鐵素體中的溶解度;而在鐵素體中的溶解度也隨溫度的下降而劇減 氫易使鋼產(chǎn)生白點等不允許有的缺陷,也是導致焊縫熱影響區(qū)中發(fā)生冷裂的重要因素。
因此,應采取一切可能的措施降低鋼中的氫含量 Mn 擴大γ相區(qū),形成無限固溶體。對鐵素體及奧氏體均有較強的固溶強化作用。
為弱碳化物形成元素,進入滲碳體替代部分鐵原子,形成合金滲碳體 與硫形成熔點較高的MnS,可防止因FeS而導致的熱脆現(xiàn)象。降低鋼的下臨界點,增加奧氏體冷卻時的過冷度,細化珠光體組織以改善其機械性能,為低合金鋼的重要合金化元素之一,并為無鎳及少鎳奧氏體鋼的主要奧氏體化元素。
提高鋼的淬透性的作用強,但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利傾向 Mo 縮小γ相區(qū),形成γ相圈,在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約4%及37.5%。強碳化物形成元素 阻抑奧氏體到珠光體轉(zhuǎn)變的能力最強,從而提高鋼的淬透性,并為貝氏體高強度鋼的重要合金化元素之一。
含量約0.5%時,能降低或抑止其他合金元素導致的回火脆性。在較高回火溫度下,形成彌漫分布的特殊碳化物,有二次硬化作用。
提高鋼的熱強性和蠕變強度,含Mo2%~3%能增加耐蝕鋼抗有機酸及還原性介質(zhì)腐蝕的能力 N 擴大γ相區(qū),但由于形成氮化鐵而不能無限固溶;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約0.1%及2.8%。不形成碳化物,氮與鋼中其他合金元素形成氮化物,如TiN,VN,AlN等 有固溶強化和提高淬透性的作用,但均不太顯著。
由于氮化物在晶界上析出,提高晶界高溫強度,從而增加鋼的蠕變強度。在奧氏體鋼中,可以取代一部分鎳。
與鋼中其他元素化合,有沉淀硬化作用;對鋼抗腐蝕性能的影響不顯著,但鋼表面滲氮后,不僅增加其硬度和耐磨性能,也顯著改善其抗蝕性。在低碳鋼中,殘余氮會導致時效脆性 Nb 縮小γ相區(qū),但由于拉氏相NbFe2的形成而不形成γ相圈;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約為1.8%及2.0%。
強碳化物及氮化物形成元素 部分元素進入固溶體,固溶強化作用很強。固溶于奧氏體時,顯著提高。
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