一.共析鋼.亞共析鋼.過共析鋼
1.共析鋼
碳溶解在鐵的晶格中形成固溶體,碳溶解到α——鐵中的固溶體叫鐵素體,溶解到γ——鐵中的固溶體叫奧氏體.鐵素體與奧氏體都具有的塑性.當(dāng)鐵碳合金中的碳不能全部溶入鐵素體或奧氏體中時,剩余出來的碳將與鐵形成化合物——碳化鐵(Fe3C)這種化合物的晶體組織叫滲碳體,它的硬度,塑性幾乎為零.
從反映鋼的組織結(jié)構(gòu)與鋼的含碳量和鋼的溫度之間關(guān)系的鐵碳平衡狀態(tài)圖上可見,當(dāng)碳的含量正好等于0.77%時,即相當(dāng)于
合金中滲碳體(碳化鐵)約占12%,鐵素體約占88%時,該合金的相變是在恒溫下實(shí)現(xiàn)的.即在這種特定比例下的滲碳體和鐵素體,在發(fā)生相變時,如果消失兩者同時消失(加熱時),如果出現(xiàn)則兩者又同時出現(xiàn),在這一點(diǎn)上這種組織與屬的相變類似.基于這個原因,人們就把這種由特定比例構(gòu)成的兩相組織當(dāng)作一種組織來看待,并且命名為珠光體,這種鋼就叫做共析鋼.即含碳量正好是0.77%的鋼就叫做共析鋼,它的組織是珠光體.
2.亞共析鋼
常用的結(jié)構(gòu)鋼含碳量大都在0.5%以下,由于含碳量低于0.77%,所以組織中的滲碳體量也少于12%,于是鐵素體除去一部分要與滲碳體形成珠光體外,還會有多余的出現(xiàn),所以這種鋼的組織是鐵素體+珠光體.碳含量越少,鋼組織中珠光體比例也越小,鋼的強(qiáng)度也越低,但塑性越好,這類鋼統(tǒng)稱為亞共析鋼.
3.過共析鋼
工具用鋼的含碳量往往超過0.77%,這種鋼組織中滲碳體的比例超過12%,所以除與鐵素體形成珠光體外,還有多余的滲碳體,于是這類鋼的組織是珠光體+滲碳體.這類鋼統(tǒng)稱為過共析鋼.
二.有關(guān)鋼材機(jī)械性能的名詞
1.屈服點(diǎn)(σs)
鋼材或試樣在拉伸時,當(dāng)應(yīng)力超過彈性,即使應(yīng)力不再增加,而鋼材或試樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形,稱此現(xiàn)象為屈服,而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的小應(yīng)力值即為屈服點(diǎn).設(shè)Ps為屈服點(diǎn)s處的外力,Fo為試樣斷面積,則屈服點(diǎn)σs=Ps/Fo(MPa),MPa稱為兆帕等于N(牛頓)/mm2,(MPa=106Pa,Pa：帕斯卡=N/m2)
2.屈服強(qiáng)度(σ0.2)
有的金屬材料的屈服點(diǎn)極不明顯,在測量上有困難,因此為了衡量材料的屈服特性,規(guī)定產(chǎn)生殘余塑性變形等于值(一般為原長度的0.2%)時的應(yīng)力,稱為條件屈服強(qiáng)度或簡稱屈服強(qiáng)度σ0.2.
3.抗拉強(qiáng)度(σb)
材料在拉伸過程中,從開始到發(fā)生斷裂時所達(dá)到的大應(yīng)力值.它表示鋼材抵抗斷裂的能力大小.與抗拉強(qiáng)度相應(yīng)的還有抗壓強(qiáng)度.抗彎強(qiáng)度等.設(shè)Pb為材料被拉斷前達(dá)到的大拉力,Fo為試樣截面面積,則抗拉強(qiáng)度σb=Pb/Fo(MPa).
4.伸長率(δs)
材料在拉斷后,其塑性伸長的長度與原試樣長度的百分比叫伸長率或延伸率.
5.屈強(qiáng)比(σs/σb)
鋼材的屈服點(diǎn)(屈服強(qiáng)度)與抗拉強(qiáng)度的比值,稱為屈強(qiáng)比.屈強(qiáng)比越大,結(jié)構(gòu)零件的性越高,一般碳素鋼屈強(qiáng)比為0.6-0.65,低合金結(jié)構(gòu)鋼為0.65-0.75合金結(jié)構(gòu)鋼為0.84-0.86.
6.硬度
硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力.它是金屬材料的重要性能指標(biāo)之一.一般硬度越高,越好.常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度.洛氏硬度和維氏硬度.
⑴布氏硬度(HB)以的載荷(一般3000kg)把大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面,保持一段時間,去載后,負(fù)荷與其壓痕面積之比值,即為布氏硬度值(HB),單位為公斤力/mm2(N/mm2).
⑵洛氏硬度(HR)當(dāng)HB>450或者試樣過小時,不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計量.它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59.3.18mm的鋼球,在載荷下壓入被測材料表面,由壓痕的求出材料的硬度.根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同,分三種不同的標(biāo)度來表示：
HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度的材料(如硬質(zhì)合金等).
HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球,求得的硬度,用于硬度較低的材料(如退火鋼.鑄鐵等).
HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火鋼等).
⑶維氏硬度(HV)以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值,即為維氏硬度值(HV)
三.有關(guān)鋼的熱處理的名詞
1.鋼的退火將鋼加熱到溫度并保溫一段時間,然后使它慢慢冷卻,稱為退火.鋼的退火是將鋼加熱到發(fā)生相變或部分相變的溫度,經(jīng)過保溫后緩慢冷卻的熱處理方法.退火的目的,是為了組織缺陷,組織使成分均勻化以及細(xì)化晶粒,提高鋼的力學(xué)性能,減少殘余應(yīng)力；同時可降低硬度,提高塑性和韌性,切削加工性能.所以退火既為了和前道工序的組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力,又為后續(xù)工序作好準(zhǔn)備,故退火是屬于半成品熱處理,又稱預(yù)先熱處理.
2.鋼的正火正火是將鋼加熱到臨界溫度以上,使鋼全部轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體,然后在空氣中自然冷卻的熱處理方法.它能過共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體,對于亞共析鋼正火可細(xì)化晶格,提高綜合力學(xué)性能,對要求不高的零件用正火代替退火工藝是比較經(jīng)濟(jì)的.
3.鋼的淬火淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上,保溫一段時間,然后很快放入淬火劑中,使其溫度驟然降低,以大于臨界冷卻速度的速度冷卻,而獲得以馬氏體為主的不平衡組織的熱處理方法.淬火能增加鋼的強(qiáng)度和硬度,但要減少其塑性.淬火中常用的淬火劑有：水.油.堿水和鹽類溶液等.
4.鋼的回火將已經(jīng)淬火的鋼重新加熱到溫度,再用方法冷卻稱為回火.其目的是淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,降低硬度和脆性,以取得預(yù)期的力學(xué)性能.回火分高溫回火.中溫回火和低溫回火三類.回火多與淬火.正火配合使用.
⑴調(diào)質(zhì)處理:淬火后高溫回火的熱處理方法稱為調(diào)質(zhì)處理.高溫回火是指在500-650℃之間進(jìn)行回火.調(diào)質(zhì)可以使鋼的性能,材質(zhì)很大程度的調(diào)整,其強(qiáng)度.塑性和韌性都較好,具有的綜合機(jī)械性能.
⑵時效處理:為了量具或模具.零件在長期使用中尺寸.形狀發(fā)生變化,常在低溫回火后(低溫回火溫度150-250℃)精加工前,把工件重新加熱到100-150℃,保持5-20小時,這種為穩(wěn)定制件質(zhì)量的處理,稱為時效.對在低溫或動載荷條件下的鋼材構(gòu)件進(jìn)行時效處理,以殘余應(yīng)力,穩(wěn)定鋼材組織和尺寸,尤為重要.
5.鋼的表面熱處理
⑴表面淬火:是將鋼件的表面通過加熱到臨界溫度以上,但熱量還未來得及傳到心部之前冷卻,這樣就可以把表面層被淬在馬氏體組織,而心部沒有發(fā)生相變,這就實(shí)現(xiàn)了表面淬硬而心部不變的目的.適用于中碳鋼.
⑵化學(xué)熱處理：是指將化學(xué)元素的原子,借助高溫時原子擴(kuò)散的能力,把它滲入到工件的表面層去,來改變工件表面層的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu),從而達(dá)到使鋼的表面層具有特定要求的組織和性能的一種熱處理工藝.按照滲入元素的種類不同,化學(xué)熱處理可分為滲碳.滲氮.氰化和滲金屬法等四種.
滲碳:滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程.也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層,再經(jīng)過淬火和低溫回火,使工件的表面層具有高硬度和,而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性.
滲氮:又稱氮化,是指向鋼的表面層滲入氮原子的過程.其目的是提高表面層的硬度與以及提高疲勞強(qiáng)度.性等.目前生產(chǎn)中多采用氣體滲氮法.
氰化:又稱碳氮共滲,是指在鋼中同時滲入碳原子與氮原子的過程.它使鋼表面具有滲碳與滲氮的特性.
滲金屬:是指以金屬原子滲入鋼的表面層的過程.它是使鋼的表面層合金化,以使工件表面具有某些
合金鋼.鋼的特性,如耐熱...等.生產(chǎn)中常用的有滲鋁.滲鉻.滲硼.滲硅等.
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