钢在加热时的组织转变

钢的热处理大多需要加热以获得奥氏体,然后以不同的速度冷却以使奥氏体转变成不同的显微组织以获得钢的不同性能。因此,了解钢组织在加热过程中的变化规律,合理制定加热规范是保证热处理后工件质量的主要步骤。

在实际的热处理中,加热时的相变温度偏向高温,冷却时温度偏低至低温,加热速度和冷却速度越大,偏差越大。加热时的临界温度通常指定为Ac1,Ac3和Acm,冷却时间标度为Ar1,Ar3和Arcm(图6-1)。

1。奥氏体形成

以共析钢为例来说明钢在加热过程中的结构转变过程。

p共析钢(含有0.77%C)是加热前的珠光体组织,通常是层状组织,其中排列有铁素体相和渗碳体相。当加热到略高于Ac1的温度时,珠光体会转变为奥氏体。

该转变遵循结晶过程的基本定律,并且也通过成核和成核生长过程来实现,可以认为这是通过以下四个阶段完成的(如图6-2所示)。

(1)奥氏体晶粒的形成和生长

实验表明,奥氏体核最初出现在F和Fe3C之间的相界面处。这是因为相界面上的原子排列无序,并且处于不稳定状态,并且较高的能量为奥氏体的形成提供了有利的条件。微小的晶核形成后,原子核通过原子扩散逐渐向两侧扩展,使F和Fe3C的两侧连续转变为奥氏体。在奥氏体成核过程中,出现了新的延续。产生并生长身体的核,直到珠光体消失。

(2)残留Fe3C的溶解

在奥氏体形成过程中,F首先比Fe3C消失。因此,在铁素体F完全转变成奥氏体之后,残留的渗碳体Fe 3 C不溶解。随着时间的流逝,残留的Fe3C继续溶解到奥氏体中,直到完全消失。

(3)奥氏体均质化

当残留的Fe3C溶解时,奥氏体的组成实际上是不均匀的。碳的浓度在原始Fe3C处较高,但在原始F中较低,因此有必要延长保持时间。奥氏体中的碳含量通过碳原子的扩散而逐渐均匀化。因此,热处理和保温的目的是完成工件的结构转变并使奥氏体组成均匀,从而在冷却后获得良好的结构和性能。

亚共析钢应加热到Ac3以上,超共析钢应加热到Acm以上,以获得单相奥氏体组织。

2。奥氏体晶粒长大

当刚好完成P→A转变时,获得的奥氏体晶粒细小。当温度升高或保持时间延长时,细奥氏体晶粒由于晶粒之间的相互吞噬而逐渐长大。通常,钢的奥氏体晶粒尺寸是根据标准晶粒尺寸等级图确定的。标准晶粒度等级分为8个等级,等级1至等级4为粗晶粒尺寸,等级5至等级8为细晶粒尺寸。

(1)实际晶粒尺寸和基本晶粒尺寸

在特定的加热条件下,实际获得的奥氏体晶粒的尺寸称为奥氏体的实际晶粒尺寸,它决定了钢的性能。奥氏体晶粒微细,冷却后的产品组织的晶粒也微细。通常,细晶粒钢具有较高的强度和延展性,特别是钢的冲击韧性比粗晶粒钢高得多。因此,在加热钢时,必须严格控制加热温度和保温时间,以得到细而均匀的组织,以确保产品的热处理质量。

钢在加热时生长奥氏体晶粒的趋势由自然晶粒尺寸表示。通过将钢加热到930°C±10°C 8小时并冷却而测得的晶粒尺寸称为自然晶粒尺寸。如果测得的晶粒尺寸较小,则该钢称为本征细晶粒钢,反之亦然。

(2)影响奥氏体晶粒尺寸的因素

1加热温度和保持时间

随着加热温度的升高,晶粒将逐渐生长。温度越高,或在特定温度下的保持时间越长,奥氏体晶粒越粗。

2钢的成分

奥氏体中的碳含量增加,并且晶粒生长趋于增加。未溶解的碳化物阻碍晶粒生长。

向钢中添加钛,钒,铌,锆和铝等元素有利于获得固有的细晶粒钢,因为碳化物,氧化物和氮化物分散在晶粒边界上,并会阻碍晶粒长大。锰和磷促进谷物生长。

资料来源:《金属工艺基础与实践》 /刘劲松主编。 北京:清华大学出版社,2007.5

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