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模具培训知识：金属热处理 |
| 已阅[471]次[2011/6/16] |
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随着社会和科学技术的发展，对钢材的作用性能要求越来越严格，目前提高钢材性能的方法主要有以下两点：1），在钢中特意加入一些合金元素，也就是用合金化的手段提高钢材的性能；2）对钢进行热处理。
钢的热处理有以下途径（三步骤）：固态下进行不同的加热，保温，冷却。
热处理在生产中越来越广泛，据调查，80-90%工件需要进行热处理，象各种工，模具几乎百分之百要求热处理。
根据加热与冷却的不同，热处理可按下面分类：
虽然热处理有很多方法，但它都可归纳为加热，保温，冷却三个步骤，对不同的材料进行不同的热处理，以上三步各部相同，我们就讨论的正是这里面的不同与实质。
5-2 钢在加热时的转变
从FE-FE3C的分析中我们知道，碳钢在缓慢加热或冷却过程中,经PSK,GS,E线时都会发生组织转变，例如S点, 冷却到S点温度时A 转化> P,加热到S点时P 转 化> S,由于在加热过程中，PSK,GS,ES 三条线很重要。以后我们把它们分别简称为 PSK—A1线，GS—A3线，ES—Acm线, 那么在热处理过程中无论是加热还是冷却到这三条线时，温度与这三条上的交点就为平衡临界点。
图的制定是在冷却速度非常缓慢的情况下制定的，而实际生产中，我们则选用较大的过冷度和加热度，因此碳钢不可能恰好在平衡临界点上发生转变，而是冷却时在三条线以下的地方，加热时在三条线以上的地方，并且加热和冷却速度越大，组织转变点偏离平衡临界点也越大，这个概念必须有，为了能够区别以上临界点（A1，A3，Acm），我们则将实际加热时的各临界点用 Ac1，Ac3，Accm表示，冷却时的各临界点我们则选用Ar1,Ar3，Arm表示。
一.共析钢的奥氏体化过程
“奥氏体”概念 ：任何成分的钢在热处理时都要首先加热，加热到A1以上温时，开始了P 转 化 > S，象这种由加热获得的A组织我们就称为“奥氏体”，下面我们以共析钢为例，来分析奥氏化过程。
A1点以下的共析钢全为珠光体组织，珠光体是由层片状的铁素体与渗碳体组成的机械混合物，铁素体含碳量很底，在A1点仅为0.0218%, 而渗碳体晶格复杂，含碳量高达6.69%。当加热到A1点以上时，P转变成具有面心立方晶格的奥氏体，A含碳量.77%，因此我们可以得出奥氏体化过程必须进行晶格的改组和铁，碳原子扩散。奥氏化过程我们简单分成以下三个方面：
（一）奥氏体晶核的形成和长大
A(奥氏体)晶核是在F(铁素体)与Fe3C(渗碳体)的界面形成的。为什么在这里形成，原因很多，但最主要的原因，是含奥氏体的碳量界于铁素体与渗碳体两者之间，而这里为形核提供了最良好的条件。
（二）残余渗碳体的溶解
A与F的进晶格相比较，F的晶格较接近A晶格，但含碳量远远不能满足A的需要,因此A一方面不断吞吃F转变为A晶格结构，另一方面又不断溶解Fe3C补充自身含碳量的不足，但是Fe3C的溶解速度远比F转变A晶格速度满得多。
（三）奥氏体的均匀化
残余渗碳体全部溶解后，A中的碳浓度在一段时间内用仍不均匀，在原来渗碳体处含碳量较高，在原来铁素体处含碳量较低，经过一段时间的保温,原子不断的扩散，这是A中的含碳量才变的均匀。
二.影响奥氏体化的因素
（一）加热温度的影响
P 转 化 > A,还在A1点以上温度进行，也就是说刚才我们讨论的共析碳钢加热到A1点温度时，并不是立即向A转变， 而是经过一段时间才开始转变，这段时间我们称为“孕育期”，孕育期以后才开始“奥氏体化”过程。并且在全过程中，加热温度越高↑（℃），孕育期越短↓（t）,转变时间↓，奥氏体化速度↑(A化)。以上关系是因为，加热温度↑，原子扩散能力↑，“A化”的晶格改组及铁，碳原子扩散也越快。
（二）加热速度的影响
加热速度越快↑，转变的开始温度，终了温度↑，转变的孕育期和转变所需时间越短↑，奥氏体化的速度越快↑。
（三）原始组织的影响
刚才我们讲了，A的晶格是在铁素体与渗碳体的相界面的地方形成的，因此成分相同的钢，P组织的层片状越细，那么相界面的面积也就越大，形成奥氏体的机会也就越大，形成奥氏体晶核的机会也愈高，A化的速度也愈快。
三.A晶粒的长大
（一） A的晶粒度
晶粒度：是表示晶粒大小的尺度。
起始晶粒度：钢在进行加热时, P刚转变为A，由于A晶粒此时细小均匀，我们称这时的晶粒为A的起始晶粒度。A晶粒形成后，如果继续升温或保温， A晶粒会自动长大，加热温度越高保温时间越长，A晶粒也就长的越大，原因是高温条件下，原子扩 散容易，另外大晶粒吞并小晶粒，减小了边界，也减少了表面能，能量总是趋于最地状态，因此A晶粒越大也就越稳定。
实际晶粒度：钢在某一具体加热条件下（只临界点以上）实际获得奥氏体晶粒大小，它的大小对钢热处理性能影响很大，实际晶粒度总比起始晶粒度要大，它是钢加热临界点以上的温度且保温一定时间，因此A晶粒不同程度的长大。
本质晶粒度：有些钢加热到临界点以后，温度↑，A晶粒迅速长大粗化↑， 我们称它为本质粗晶粒钢， 还有一些钢在930℃以下加热，A晶粒生长很慢，因此晶粒细小，当加热到高温时，A晶粒急剧长大，我们称这种钢为本质细晶粒钢。
1—4晶粒度为本质粗晶粒钢 5—8晶粒度为本质细晶粒钢
（二）奥氏体大小对钢机械性能的影响
A晶粒越细小，热处理后钢的机械性能越高，特别是冲击韧性高，因此处理时，希望能够获得细小而均匀的奥氏体晶粒。
过热的概念：这是金属工艺学的一个术语，钢在加热时，如果温度过高A晶粒会长大（粗化）， 粗化的晶粒降低材料的机械性能我们称这种缺陷为“过热”，需要控制温度在950℃以下，这样一来，本质晶粒钢不易长大，本质粗晶钢不易过热。
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