零讀雜談（熱處理十四）

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看到有大俠回復(fù)我說(shuō)“一片苦心”。哈，8爺那個(gè)是”一片苦心“。我就是隨性發(fā)帖的人，什么也談不上。另外，看到有大俠在其他帖子里提到了45鋼是不是應(yīng)該滲碳的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題其實(shí)應(yīng)該這么看，是不是應(yīng)該滲碳、氰化，其實(shí)看需求。45號(hào)鋼是中碳鋼，本身淬透性有，但是45號(hào)鋼淬火只能得到馬氏體組織，最多有微量滲碳體提高硬度。對(duì)于一般的使用來(lái)說(shuō)，如果只是強(qiáng)化材料，增加表面抗疲勞能力等，淬火+回火工藝是可以滿足的。但如果對(duì)于表面有特殊的耐磨要求時(shí)，我們就需要將表面的含碳量增加，使其在熱處理過(guò)程中形成高硬度和耐磨性的網(wǎng)狀滲碳體組織。而這時(shí)，滲碳是需要的。所以，對(duì)于一個(gè)材料應(yīng)該選用怎樣的具體工藝，本質(zhì)上是根據(jù)設(shè)計(jì)需求來(lái)選擇的，當(dāng)有了確定的設(shè)計(jì)需求之后，我們才需要根據(jù)需求選擇合適的組織來(lái)滿足，然后才能談具體應(yīng)該用什么工藝。我建議大家多看書(shū)，但不要背死書(shū)。要掌握關(guān)鍵，按著這個(gè)關(guān)鍵去理解為什么要那么用。好了，不多說(shuō)了，繼續(xù)主題。

讀書(shū)：《金屬材料及熱處理》　陸大纮　許晉堃　合編
　　　人民鐵道出版社
          《材料工程基礎(chǔ)》　王昆林　編
　　　清華大學(xué)出版社
           雜談十三
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6 x0 }7 F. }+ a$ Z8 p鋼的淬透性及淬火缺陷
( p7 m  [* L0 ?5 f# P( L9 n
4 p$ P4 L# J3 q3 c影響淬透性的因素。

8 @; k* p) a: V# |( w鋼的淬透性由其冷卻速度決定。臨街冷卻速度越小，也就意味著奧氏體越穩(wěn)定，則淬透性越好。因此，凡是影響奧氏體穩(wěn)定的因素，均影響鋼的淬透性。
5 t% x8 L# x7 l% {2 t1。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
# }/ w2 w  C4 G) J. I先說(shuō)流行的觀點(diǎn)吧。首先說(shuō)，對(duì)于碳鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響臨街冷卻速度，所謂的C線右移。因此，對(duì)于亞共析鋼，隨著含碳量的增加，淬透性增加。到共析鋼時(shí)達(dá)到最大。對(duì)于過(guò)共析鋼，卻正好相反，隨著含碳量的增加，淬透性則降低。流行觀點(diǎn)認(rèn)為，這是含碳量影響了臨街冷卻速度。
當(dāng)然，我不是專門(mén)從事這方面的研究者。但是從認(rèn)知上講，我并不太贊同這一形成理論。首先，臨街冷卻速度對(duì)于大多數(shù)的第一印象是由等溫冷卻曲線得來(lái)的，也就是TTT圖。但我們很清楚，TTT圖和CCT是很不同的。比如對(duì)于亞共析鋼，其珠光體轉(zhuǎn)變的尖部甚至?xí)�落后于貝氏體轉(zhuǎn)變的尖部。所謂鼻尖位置便不再是以珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶞?zhǔn)。此外，從淬透性的測(cè)定我們也清楚，淬透性的測(cè)定依據(jù)是半馬氏體區(qū)的位置。而半馬氏體的獲取除了跟珠光體的形成有關(guān)，對(duì)于亞共析鋼，還存在珠光體與貝氏體的共生線，存在貝氏體與馬氏體的共生線。因此，從這個(gè)方面說(shuō)，單純的說(shuō)C線移動(dòng)形成淬透性不同，過(guò)去牽強(qiáng)。
但是，總的來(lái)說(shuō)，這種碳含量的影響是客觀存在的，我們可以先記憶這個(gè)事實(shí)，回頭再討論和研究其本質(zhì)。
2。合金元素。
除鈷以外，其他與鐵溶合的合金元素在溶于奧氏體后，都會(huì)使臨界冷卻速度降低，因而提高鋼的淬透性，因此合金鋼的淬透性往往要優(yōu)于碳鋼。（插一句，后面再回頭研究晶體結(jié)構(gòu)的時(shí)候，會(huì)在穿插討論這一問(wèn)題。）
% k% V; z1 X' W7 {/ p4 |3。奧氏體化溫度。
6 ^5 E5 H; a* a提高奧氏體華溫度，將使奧氏體晶粒長(zhǎng)大，成份均勻，可以減少珠光體的形核率，降低鋼的臨界冷卻速度，增加其淬透性。（這點(diǎn)是基于過(guò)冷形核的觀點(diǎn)，老的教材上沒(méi)有提及，新教材才涉及）
4。鋼中的未溶第二相
4 U* l* W' m5 ^6 O7 L6 H% O鋼中未溶得碳化物、氮化物及其他非金屬雜質(zhì)物，都能促進(jìn)奧氏體分解時(shí)的形核率和形核速度，使得即便在小過(guò)冷度下也容易發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。因此會(huì)提高臨界冷卻速度，降低淬透性。（同上一點(diǎn)一樣，都是基于過(guò)冷形核形成的觀點(diǎn)）
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! r! `/ y0 a2 ~2 a4 ?淬透性的應(yīng)用。
2 i& {( Y) ]. M) I+ ]3 L/ h0 C1。設(shè)計(jì)零件時(shí)應(yīng)根據(jù)工作條件確定對(duì)鋼的淬透性要求。對(duì)于要求整個(gè)截面一致機(jī)械性能的，比如連桿螺栓、錘桿等，就要一定要淬透。對(duì)于不要求整個(gè)截面一致性的，則可不只淬硬部分材質(zhì)，比如以半徑或者厚度的一半或1/4為標(biāo)準(zhǔn)。同是，淬透性的需求也決定了，零件設(shè)計(jì)中的尺寸。
2。根據(jù)淬透性曲線找出零件整個(gè)截面上的硬度分布。然后可以根據(jù)這個(gè)分布圖，對(duì)設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行粗略的組織校驗(yàn)，以此判定是否能滿足你的設(shè)計(jì)要求，同是對(duì)于特殊零件還可以起到指導(dǎo)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的作用。例如下圖是一直徑50mm的圓鋼棒制作的曲線，以此判定設(shè)計(jì)需求。下二圖，則是零件表面到中心的硬度分布曲線，既方便設(shè)計(jì)者確定組織構(gòu)成，也方便精確設(shè)計(jì)時(shí)的應(yīng)力分析。
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/ F' A5 |# ?8 m: j0 E3。設(shè)計(jì)中計(jì)算強(qiáng)度需要查閱手冊(cè)時(shí)，要注意手冊(cè)上的性能數(shù)據(jù)是基于多大尺寸試樣測(cè)得得。因?yàn)樵嚇映叽缭酱螅�淬硬層越淺，性能越低。而小試樣的數(shù)據(jù)則會(huì)偏高。因此，對(duì)于重要零件應(yīng)合理考慮其差異，對(duì)于特別重要的則應(yīng)根據(jù)自己情況實(shí)測(cè)。
1 Y" m4 h4 |% S# U' _0 V4。碳鋼淬透性較低，用作大尺寸工件，難以淬透，因此大尺寸攻堅(jiān)的調(diào)質(zhì)處理其性能不必正火高多少。當(dāng)然，對(duì)于表面要求的不在此列。因此，可以考慮合金鋼。
! @2 e) D5 P# [) I5。安排工藝時(shí)，也應(yīng)考慮淬透性。對(duì)于淬硬層淺的的大件，應(yīng)注意加工余量的選擇，既要保證精加工之后剩余部分的組織要求，又要保證粗加工后再安排淬火工藝的變形。
2 e4 _' K( L& [. e6。對(duì)于焊接件不要求用淬透性高的鋼種，否則焊縫熱影響區(qū)內(nèi)易形成淬硬組織，使脆性增加，產(chǎn)生裂紋。
8 j& J( B% E8 s) h# C# g; q7。對(duì)于表面處理的鋼，一般不要求有高的淬透性。
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淬火缺陷及防止方法。

! ]( r/ D: n6 Z2 w, g' J6 x淬火缺陷主要是兩大類，變形和裂紋。
淬火變形和裂紋都是由淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力引起的，這種應(yīng)力有兩類：一類是零件急冷時(shí)由于內(nèi)外溫差產(chǎn)生的體積收縮不一致，叫做熱應(yīng)力。另一類是奧氏體轉(zhuǎn)變時(shí)零件各部分體積膨脹先后不一致，例如透鏡馬的撞晶，這種稱為組織應(yīng)力。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的零件，熱應(yīng)力往往使零件表面形成壓應(yīng)力，而內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力。而組織應(yīng)力往往使表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。
% K3 B: T* d5 M3 u當(dāng)這種淬火應(yīng)力（兩種）的復(fù)合應(yīng)力大于鋼材屈服強(qiáng)度時(shí)，零件就會(huì)產(chǎn)生變形。當(dāng)復(fù)合應(yīng)力大于抗拉極限時(shí)，則形成開(kāi)裂。下圖為兩種應(yīng)力帶來(lái)的變形夸大化圖解。（但是必須要說(shuō)，這種以屈服強(qiáng)度和抗拉極限的比較實(shí)際上不甚合理。材料屈服，源于晶格間拉力的斷裂和再形成。材料斷裂則是晶格間拉力的斷裂后不可再恢復(fù)。回頭說(shuō)晶格的時(shí)候再說(shuō)吧）。
7 e0 a% t: w) g1 W4 j2 @

2 K7 F0 Y! j# R/ R3 l貌似又說(shuō)不完了。明天繼續(xù)。
8 s) i3 l" ]/ p0 bPS。今天的內(nèi)容，量可能不多，但是可以而且值得討論的地方很多。歡迎大家討論。


) X1 J  B& d& d7 {9 [3 w% @

海燕ZHpf

坐個(gè)沙發(fā)學(xué)習(xí)，謝謝LZ。

Pascal

零俠基礎(chǔ)真是扎實(shí)！
# P) Z5 N( y3 E9 ]關(guān)于45鋼滲碳問(wèn)題，補(bǔ)充一下。
3 E/ x5 n3 \  l7 n! |% G1. 滲碳工藝的目的是獲得表面高硬度，同時(shí)保持芯部韌性
' n0 X6 r) y/ y' n& d! n+ L( U2. 45鋼可以滲碳，這是毋庸置疑的。
3. 但生產(chǎn)上幾乎不用45鋼滲碳；因?yàn)闈B碳淬火后，45鋼芯部是硬脆的馬氏體，失去滲碳的意義。

sdh白癡

學(xué)習(xí)
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# X% ]0 b+ {3 ^# h$ y* {再慢慢看

zerowing

Pascal 發(fā)表于 2015-11-9 16:51
零俠基礎(chǔ)真是扎實(shí)！
關(guān)于45鋼滲碳問(wèn)題，補(bǔ)充一下。
' @. B/ z# s% S" M, [7 f1 y+ x1. 滲碳工藝的目的是獲得表面高硬度，同時(shí)保持芯部韌性 ...

感謝大俠參與，但實(shí)在不敢承大俠的贊賞。
) H+ e1 K& n1 N. @
關(guān)于45鋼的滲碳問(wèn)題，大俠的說(shuō)法與絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)論調(diào)是一樣的。這個(gè)的具體出處我已經(jīng)尋不著了。不過(guò)確實(shí)有這種說(shuō)法。
& @8 J, D5 ?# d; E大俠這么說(shuō)沒(méi)錯(cuò)，不過(guò)就熱處理工藝來(lái)說(shuō)，其實(shí)可以討論一下。當(dāng)然，要說(shuō)，本來(lái)提及滲碳淬火這事兒也沒(méi)有任何針對(duì)的意思，只是希望諸君不要被一兩句書(shū)本的話所局限，背死書(shū)沒(méi)有啥意思了就。
, Z# V. b% ~) D% n
首先，45鋼的淬透性是有限的，水淬的臨界直徑只有13~17mm。這也就意味著當(dāng)零件直徑較大時(shí)，別說(shuō)滲碳時(shí)擔(dān)心芯部因?yàn)橛旭R氏體而太脆，就連你真想得到馬氏體組織都是困難的。因此，廣為流傳的這句話不能說(shuō)錯(cuò)，但是必須要清楚這種說(shuō)法的局限性和要表達(dá)的意思。比如鬼子有一篇以45鋼滲碳淬火的研究論文，從金相上看，其實(shí)對(duì)于大尺寸零件來(lái)說(shuō)，這個(gè)淬硬芯部的說(shuō)法其實(shí)完全沒(méi)有根據(jù)了也。
其次，45鋼不推薦滲碳淬火，這個(gè)即便是鬼子也會(huì)這么說(shuō)。其原因是45鋼基本沒(méi)有滲碳的必要性。45鋼淬火本身已經(jīng)能到HRC55+，對(duì)于絕大多數(shù)場(chǎng)合已經(jīng)滿足要求。而對(duì)于特殊場(chǎng)合，與其花大力氣搞滲碳，倒不如改用40Cr或者其他滲碳鋼來(lái)的快。因此，45鋼實(shí)際生產(chǎn)中幾乎看不到有滲碳的。
另外，我沒(méi)有仔細(xì)研究過(guò)45鋼的淬火組織問(wèn)題。所以不確定45鋼在等溫馬氏體淬火中，是否得到的是透鏡馬。如果在較高溫度上可以得到細(xì)透鏡馬或者板條馬，那么實(shí)際上對(duì)于芯部的韌性來(lái)說(shuō)也不一定有多大影響。特別是當(dāng)芯部冷卻速度略慢而形成下貝氏體組織時(shí)，其實(shí)韌性在一定程度上是有保證的。
, \) U$ P' j3 t- l最后，從原理上說(shuō)，45鋼如果進(jìn)行滲碳淬火，很可能不是單純的一道滲碳淬火可以滿足的。簡(jiǎn)單的說(shuō)，可以分為滲碳固碳、正火細(xì)化準(zhǔn)備、表面淬火硬化三個(gè)階段。以此來(lái)達(dá)到表硬內(nèi)韌的目的。但就像前面說(shuō)的，與其如此費(fèi)力，真不如改用其他材料來(lái)的快捷。
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當(dāng)然，僅僅是作為討論，遇到實(shí)際情況，45鋼還是不要嘗試滲碳處理的好。
再次感謝大俠參與。
- P; t( Q: f# [. w3 j) e: {

天天天藍(lán)_

透鏡馬的撞晶，不明白，也沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)

Pascal

9 ^1 V1 r1 g8 R) l3 F  z

zerowing 發(fā)表于 2015-11-10 11:41
感謝大俠參與，但實(shí)在不敢承大俠的贊賞。

5 L: B% g, z( p$ p關(guān)于45鋼的滲碳問(wèn)題，大俠的說(shuō)法與絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)論調(diào)是一樣 ...

2 R1 ~' S: P! b% h+ i( p8 F零俠客氣了。

1. 45鋼滲碳其實(shí)是沒(méi)必要滲碳，這點(diǎn)零俠說(shuō)得很透徹，也比我們說(shuō)得清楚明白。
2. 下面我說(shuō)一個(gè)45鋼滲碳的特例，可惜我只知道這一例。
     一個(gè)沖壓件，但表面硬度要求很高，HRC58+6，對(duì)沖擊韌性沒(méi)什么特殊要求。
    傳統(tǒng)工藝是低碳鋼沖壓之后滲碳，但滲碳過(guò)程很耗時(shí)，費(fèi)用高；后來(lái)該廠開(kāi)發(fā)出45鋼沖壓后滲碳，滲碳時(shí)間短了很多，節(jié)省了不少費(fèi)用。在經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試、小批量測(cè)試后，才量產(chǎn)，從客戶反饋看，確實(shí)滿足了工況要求。
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gzzhangxuanlong

樓主說(shuō)得很詳細(xì)