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合金元素及其含量對熱處理工藝性能的影響

閱讀:5528發(fā)布時(shí)間:2017-10-23

 合金元素及其含量對熱處理工藝性能的影響,主要表現(xiàn)在對加熱、冷卻和回火過程中相變的影響上。

一、合金元素對加熱時(shí)轉(zhuǎn)變的影響 

合金元素影響加熱時(shí)奧氏體形成的速度和奧氏體晶粒的大小。

1、對奧氏體形成速度的影響 

Cr 、Mo 、W 、V 等強(qiáng)碳化物形成元素與碳的親合力大,形成難溶于A 中的合金碳化 物顯著阻礙碳的擴(kuò)散,大大減慢A 形成速度。為了加速碳化物的溶解和A 成分的均勻化, 必須提高加熱溫度并保溫更長的時(shí)間。Co 、Ni 等部分非碳化物形成元素,因增大碳的擴(kuò)散速度,使A 的形成速度加快。Al 、Si 、Mn 等合金元素對A 形成速度影響不大。 

2、對奧氏體晶粒大小的影響 

大多數(shù)合金元素有阻止A 晶粒長大的作用,但影響程度不同。碳化物形成元素的作用 明顯,因形成的碳化物在高溫下較穩(wěn)定,不易溶于A 中,能阻礙其晶界外移,顯著細(xì)化晶粒。

按照對晶粒長大作用的影響,合金元素可分為: 

①強(qiáng)烈阻止晶粒長大的元素:V 、Ti 、Nb 、Zr 等。Al 在鋼中易形成高熔點(diǎn)AlN 、2 3 Al O 細(xì)質(zhì)點(diǎn),也強(qiáng)烈阻止晶粒長大。 

②中等阻礙晶粒長大的元素:W 、Mo 、Cr 。 

③對晶粒長大影響不大的元素: Si 、Ni 、Cu 。 

④促進(jìn)晶粒長大的元素: Mn 、P 、B 也略有此傾向。由于錳鋼有較強(qiáng)的過熱傾向,其加熱溫度不應(yīng)過高,保溫時(shí)間應(yīng)較短。

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二、合金元素對過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響

除Co 外,幾乎所有合金元素都增大過冷A 的穩(wěn)定性,推遲P 類型轉(zhuǎn)變,使C 曲線右移,即提高鋼的淬透性。這是鋼中加入合金元素的主要目的之一。常用提高淬透性的元素有:Mo 、Mn 、Cr 、Si 、Ni 、B 等。微量B (0.0005~0.003%)即能明顯提高淬透性,但其作用不穩(wěn)定。Mo 的價(jià)格較貴,不單純作提高淬透性的元素使用。必須指出,加入的合金元素,只有*溶于A 中時(shí)才能提高淬透性,如果未*溶解,則碳化物會(huì)成為P 形成的核心,反而使鋼的淬透性降低。另外,兩種或多種合金元素的同時(shí)加入對淬透性的影響,比單元素的影響總和還強(qiáng)得多,例如鉻錳鋼、鉻鎳鋼等。 

 

除Co 、Al 外,多數(shù)合金元素使Ms 、Mf 點(diǎn)下降。其作用強(qiáng)度的次序是; Mn 、Cr 、Ni 、Mo 、W 、Si 。其中Mn 的作用強(qiáng), Si 實(shí)際上無影響。Ms 、Mf 點(diǎn)的下降,使鋼中殘余A 量增多,許多高碳高合金鋼中的殘余A 量可高達(dá)30~40%以上。殘余A 量過多時(shí)鋼的硬度和疲勞抗力下降,因此須進(jìn)行冷處理(將鋼冷至Mf 點(diǎn)以下)以使其轉(zhuǎn)變?yōu)镸 ;或進(jìn)行多次回火,使殘余A 因析出合金碳化物而使Ms 、Mf 點(diǎn)上升,并在冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)镸 或B (即發(fā)生所謂二次淬火)。 

此外,合金元素還影響M 的形態(tài), Mn 、Cr 、Ni 、Mo 、Co 等均增大片狀M 形成的傾向。 

三、合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響 

1、提高回火穩(wěn)定性  

合金元素在回火過程中推遲M 的分解和殘余A 的轉(zhuǎn)變(即將其推向較高溫度);提高F 的再結(jié)晶溫度;使碳化物難以聚集長大而保持較大的彌散度,因此提高了鋼對回火軟化的抗力,即提高了鋼的回火穩(wěn)定性。使得合金鋼在相同溫度下回火時(shí),比同樣碳含量的碳鋼具有更高的硬度和強(qiáng)度(對工具鋼和耐熱鋼特別重要),或者在保證相同強(qiáng)度的條件下,可在更高的溫度下回火,而使韌性更好些(對結(jié)構(gòu)鋼很重要)。提高回火穩(wěn)定性作用較強(qiáng)的合金元素有;V 、Si 、Mo 、W 、Ni 、Mn 、Co 等。

2、產(chǎn)生二次硬化 

一些Mo 、W 、V 含量較高的鋼回火時(shí),硬度不是隨回火溫度的升高單調(diào)降低,而是到某一溫度(約400℃)后反而開始增大,并在另一更高溫度(一般為550℃左右)達(dá)到峰值,如圖1 所示。這是回火過程的二次硬化現(xiàn)象,與回火析出物的性質(zhì)有關(guān)。 

①當(dāng)回火溫度低于約450℃時(shí),鋼中析出滲碳體;在450℃以上滲碳體溶解,鋼中開始沉淀出彌散穩(wěn)定的難熔碳化物Mo C 2 、W C 2 、VC ,使硬度重新升高,而在550℃左右沉淀過程完成時(shí),硬度達(dá)到峰值。稱為沉淀硬化。此類合金元素有V 、W 、Mo 、Cr 、Ni 、Co 。 

②二次硬化也可以由回火時(shí)冷卻過程中殘余A 轉(zhuǎn)變?yōu)镸 的二次淬火所引起。產(chǎn)生此類二次硬化效應(yīng)的合金元素有Mn 、Mo 、W 、Cr 、Ni 、Co 、V 。 

3、增大回火脆性  

和碳鋼一樣,合金鋼也產(chǎn)生回火脆性,而且更顯著,這是合金元素的不利影響。圖2 為鎳鉻鋼的韌性與回火溫度的關(guān)系。250~400℃間的*類回火脆性,是由相變機(jī)制本身決定的,無法消除,只能避開,但加入1~3% Si ,可使其溫區(qū)移向較高溫度。450~600℃間發(fā)生的第二類回火脆性,主要與某些雜質(zhì)元素以及合金元素本身在原奧氏體晶界上的嚴(yán)重偏聚有關(guān),多發(fā)生在含Mn 、Cr 、Ni 等元素的合金鋼中,這是一種可逆回火脆性,回火后快冷,抑制雜質(zhì)元素向晶界偏聚,可防止其發(fā)生。鋼中加入適當(dāng)?shù)腗o 或W(0.5% Mo ,1%W ),因強(qiáng)烈阻礙和延遲雜質(zhì)元素等往晶界的擴(kuò)散偏聚,也可基本上消除這類脆性 


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