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热处理

偏析合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象,偏析分为三大类:

1.显微偏析

2. 区域偏析(宏观偏析)

3.通道偏析

显微偏析指发生在一个或几个晶粒之内,包括枝晶偏析、晶间偏析、晶界偏析和胞状偏析宏观偏析则发生在铸锭宏观范围内这一部分和那一部分之间。可分为正常偏析、反常偏析、比重偏析三类。晶内偏析:该情况取决于浇铸时的冷却速度,偏析元素扩散能力和固相线倾斜度等.可以通过退火将偏析消除;区域性偏析:在较大范围内化学成分不均匀的现象,退火无法将该情况消除,这种偏析与浇温、浇速等有关;比重偏析:合金凝固时析出的初晶与余下的液体存在较大的比重差,最终导致材料出现分层、化学成分不均匀的情况。可采用降低浇温加大冷却速度,加入微量元素形成比重适当等。通道偏析:凝固时,浓度较大的液态对流引起的偏析。溶质和浓度梯度影响了液态的密度。

【固溶处理】指将合金加热到高温单相区恒温保持,使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺。

奥氏体:碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体,仍保持γ-Fe的面心立方晶格。晶界比较直,呈规则多边形;淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处

下贝氏体:过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物,渗碳体在铁素体针内。

过冷奥氏体在350℃~Ms的转变产物。其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体,并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片;在晶内呈针状,针叶不交叉,但可交接。与回火马氏体不同,马氏体有层次之分,下贝氏体则颜色一致,下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗,易受侵蚀变黑,回火马氏体颜色较浅,不易受侵蚀。高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高,针叶比低碳低合金钢细

马氏体:碳在a-Fe中的过饱和固溶体。

板条马氏体:在低、中碳钢及不锈钢中形成,由许多相互平行的板条组成一个板条束,一个奥氏体晶粒可转变成几个板条束(通常3到5个)。

片状马氏体(针状马氏体):常见于高、中碳钢及高Ni的Fe-Ni合金中,针叶中有一条缝线将马氏体分为两半,由于方位不同可呈针状或块状,针与针呈120o 角排列,高碳马氏体的针叶晶界清楚,细针状马氏体呈布纹状,称为隐晶马氏体。回火马氏体:马氏体分解得到极细的过渡型碳化物与过饱和(含碳较低)的a-相混合组织,它由马氏体在150~250℃时回火形成。

这种组织极易受腐蚀,光学显微镜下呈暗黑色针状组织(保持淬火马氏体位向),与下贝氏体很相似,只有在高倍电子显微镜下才能看到极细小的碳化物质点。【屈氏体】其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物,根据片层间距分为屈氏体和索氏体。

在光学显微镜下可以分辨的(片层间距为0.25~1.9μm),称为珠光体。

无法分辨(片层间距为30~80nm)的称为屈氏体(托氏体也译做屈氏体)。

介于两者之间的称为索氏体。

回火屈氏体:碳化物和a-相的混合物。

它由马氏体在350~500℃时中温回火形成。其组织特征是铁素体基体内分布着极细小的粒状碳化物,针状形态已逐渐消失,但仍隐约可见,碳化物在光学显微镜

下不能分辨,仅观察到暗黑的组织,在电镜下才能清晰分辨两相,可看出碳化物颗粒已明显长大。

回火索氏体:以铁素体为基体,基体上分布着均匀碳化物颗粒。

它由马氏体在500~650℃时高温回火形成。其组织特征是由等轴状铁素体和细粒状碳化物构成的复相组织,马氏体片的痕迹已消失,渗碳体的外形已较清晰,但在光镜下也难分辨,在电镜下可看到的渗碳体颗粒较大。

回复与再结晶

回复:冷变形金属在低温加热时,其显微组织无可见变化,但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。

再结晶:冷变形金属被加热到适当温度时,在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒,而使形变强化效应完全消除的过程

动态回复与动态再结晶

动态回复:在塑变过程中发生的回复。动态再结晶:在塑变过程中发生的再结晶。【淬透性】所谓钢的“淬透性”,是指钢在淬火时能够获得马氏体组织的倾向(即钢被淬透的能力), 它是钢材固有的一种属性。

【淬硬性】淬硬性也叫可硬性,它是指钢的正常淬火条件下,所能够达到的最高硬度。

【回火脆性(回火脆化)】与强度和塑性的变化都不同,随着回火温度的提高,冲击韧性不是单调地降低或升高,而是可能出现两个马鞍形,回火时这种韧性下降的现象,通称为回火脆性或回火脆化。

一定成分的淬火钢在350~550℃回火较长时间或回火后慢冷通过这个温度区间

时会变脆,这种现象称为回火脆性,简称TE。

回火稳定性:淬火钢在回火时,抵抗强度、硬度下降的能力

过热:是加热温度过高或在高温下保温时间过长,易导致奥氏体晶粒的粗大,粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低

过烧:加热温度过高,不仅引起奥氏体晶粒粗大,而且晶界局部出现氧化或熔化,导致晶界弱化等

调质处理:淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。调质可以使钢的性能,材质得到很大程度的调整,其强度、塑性和韧性都较好,具有良好的综合机械性能

沸腾钢为脱氧不完全的钢。浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象(气体逸出),钢锭凝固后,蜂窝气泡分布在钢锭中,在轧制过程中这种气泡空腔会被粘合起来。这类钢的特点是钢中含硅量很低,通常注成不带保温帽的上小下大的钢锭。优点是钢的收率高,生产成本低,表面质量和深冲性能好。缺点是钢的杂质多,成分偏析较大,所以性能不均匀。

镇静钢为完全脱氧的钢。通常铸成上大下小带保温帽的锭型,浇注时钢液镇静不沸腾。由于锭模上部有保温帽(在钢液凝固时作补充钢液用),这节帽头在轧制开坯后需切除,故钢的收得率低,但组织致密,偏析小,质量均匀。优质钢和合金一般都是镇静钢。

半镇静钢为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间,浇注时有沸腾现象,但较沸腾钢弱。这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点,在冶炼操作上较难掌握

时效处理:在强化相析出的温度加热并保温,使强化相沉淀析出,得以硬化,提高强度,消除残余应力,稳定材料的组织和尺寸

淬火时效金属材料在淬火时,由于快速冷却而形成过饱和固溶体,且该固溶体处于不平衡状态,溶质原子有自发析出的倾向,时效时第二相的脱溶符合固态相变的阶次规则,即在平衡脱溶相出现之前会出现一种或多种亚稳定结构。平衡脱溶相出现后弥散分布的第二相质点起强化的作用从而导致材料力学性能强化,塑性韧性下降。

应变时效当退火状态的低碳钢试样拉伸到超过屈服点发生少量塑性变形后卸载,然后立即重新加载拉伸,则可见其拉伸曲线不再出现屈服点,此时试样不会发生屈服现象。如果将预变性试样在常温下放置几天或经200℃左右短时加热后再行拉伸,则屈服现象又复出现,且屈服应力进一步提高。此现象通常称为应变时效。

Ms马氏体转变开始点

Mf马氏体转变终了点

退火:指金属材料加热到适当的温度,保持一定的时间,然后缓慢冷却的热处理工艺。常见的退火工艺有:再结晶退火、去应力退火、球化退火、完全退火等。

目的:主要是降低金属材料的硬度,提高塑性,以利切削加工或压力加工,减少残余应力,提高组织和成分的均匀化,或为后道热处理作好组织准备等。

【二次硬化】某些淬火合金钢在500~650℃回火后硬度增高,即回火温度曲线上出现峰值的现象。二次淬火对于含有较多合金元素的钢,在珠光体型转变和贝氏体型转变的C曲线之间,有一个过冷奥氏体的中间稳定区。与此相似,这类钢的残留奥氏体,在相应温度回火时,也出现两转变之间的中间稳定区。然而,将这类淬火钢回火加热到该区间的上限温度时,残留奥氏体既不转变成珠光体,也不转变成贝氏体,而是在继续冷却到室温时转变成马氏体。这一效应叫做二次淬火

残余奥氏体是指发生马氏体转变后,还有少量未发生转变的奥氏体。或者说,残余奥氏体是淬火未能转变成马氏体而保留到室温的奥氏体。

超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条件下,呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。超塑性的特点有大延伸率,无缩颈,小应力,易成形

加工硬化随着冷变形程度的增加,金属材料所有强度和硬度指标都有所提高,但塑形、韧性有所下降。

各向异性材料在各方向的力学和物理性能呈现差异的特性。晶体的各向异性即沿晶格的不同方向,原子排列的周期性和疏密程度不尽相同,由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同,这就是晶体的各向异性。

红硬性是指材料在经过一定温度下保持一定时间后所能保持其硬度的能力

位错钉扎晶体中阻碍位错运动的效应称为位错钉扎。

位错脱钉外加足够大的应力,使位错脱离这些缺陷,它的运动就不再受钉扎的影响,这称为脱钉

化学热处理是利用化学反应、有时兼用物理方法改变钢件表层化学成分及组织结构,以便得到比均质材料更好的技术经济效益的金属热处理工艺。

渗碳为增加钢件表层的含碳量和形成一定的碳浓度梯度,将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺

渗氮是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。常见有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散,则称为氮碳共渗