钢的强韧化处理机制课案.docx

钢的强韧化处理机制王立洲（辽宁工程技术大学材料科学与工程学院 阜新123000）本文根据钢的淬火组织特点,归纳了提高钢强韧性的途径,介绍了一些强韧化处理工艺。随着工业的发展,各种机械对钢铁材料的机械性能要求逐渐增高。材料及热处理工艺的研究得到迅速的发展。其中,利用现有材料,通过调整一般的热处理方法,在同时改善钢的强度和韧性指标方面的工作取得了显著的进步。它对充分发挥材料的性能潜力有着重要的意义。这些工艺方法通称为强韧化处理,是热处理发展的一个值得注意的方向。强韧化处理的发展是建立在我们对钢中各种组织的特点,形成条件,机械性能,以及在外力作用下的破断过程的认识不断深入的基础之上的。透射电子显微镜技术的应用,使我们对各种组织超显微精细结构的认识跨进了一大步,开始有可能比较深入地研究组织和机械性能的关系。另一方面,从材料断裂过程的研究中知道,在各种应力作用下,材料的破断是通过微裂纹的形成及扩展的方式进行的。钢铁材料的各种组织形态在各种应力状态下,抵抗微裂纹的形成和扩展的能力是不同的,因此表现出不同的性能指标。但是无论哪一种组织,只要它形成微裂纹的倾向比较小,或者微裂纹一旦形成后,在这类组织中扩张时消耗的功愈大,它就会有较高的强韧性。这样,我们就有可能采用适当的热处理工艺方法和调整工艺参数,能动地控制钢的组织,充分利用对钢强韧化有利的因素,排除不利的因素,更充分地发挥材料的强度和韧性的潜力。目前发展的强韧化处理工艺有多种多样,归结起来,它们大多通过一种或几种途径达到强韧化效果的。(1)充分利用位错型马氏体和下贝氏体组织形态,尽量减少或避免片状孪品马氏体的出现。(2)细化钢的奥氏体晶粒和细化过剩碳化物。(3)获得马氏体与具有良好塑性的第二相的复合组织。(4)形变热处理。下面将简要介绍这些强化处理的机理。一位错型马氏体的扩大应用很久以来就知道,在保证淬、回火零件强度指标的前提下,选用含碳量较低的钢,能够使零件热处理后获得较高的韧性。改变热处理工艺参数,可以在中碳及高碳钢中获得以板条马氏体为主的淬火组织,显著改善中碳钢及高碳钢的强韧性。这种控制淬火组织形态的方法,已成为中、高碳钢强韧化的一条重要途径。1、中碳钢的高温淬火一般含碳量为0.35%一0.55%之间的中碳钢经正常温度淬火,获得片状和板条马氏体的混合组织。这两种淬火马氏体对钢强韧性的贡献是不同的。钢的含碳量愈高,正常淬火组织中片状马氏体的比例愈高,钢的强度虽然有所增加,但断裂韧度不断减小。断裂韧度的这种变化是韧性较高的板条马氏体相对量减少的结果。但是,提高中碳钢淬火温度和延长淬火保温时间,则有利于在淬火后得到较多数量的板条马氏体,提高钢的断裂韧度。例如,将40CrNIMo钢的淬火温度从570℃提高到1200℃,淬火后得到了板条马氏体和极少量残留奥氏体。在淬火不回火状态下,钢的断裂韧度提高70%,在淬火和低温200℃回火状态下,可提高20%。我们将5CrMnMo热锻模具钢的淬火加热温度从830~850提高到900℃,淬火后将获得近乎单一的板条马氏体组织,图1给出了在500一520℃的高温回火状态下,淬火温度对强度、塑性和断裂韧度的影响。从图中可以看出,在能够得到比较完全板条马氏体的900℃淬火和高温回火状态下,这种钢的强度、塑性和断裂韧度都达到最大值。同普通加热淬火相比,断裂韧度增高10%,达360公斤/毫米,如果适当增加回火时间,可使断裂韧度达418公斤/毫米,比普通温度淬火者提高30%左右。这就是使5CrMnMO钢的断裂韧度优于经正常工艺处理的同样强度40CrNIMo钢的断裂韧度。2高碳钢的低温短时间加热淬火高碳钢一般都在淬火低温回火的高硬度状态下使用。用普通的加热淬火工艺处理的高碳钢,得到片状马氏体组织,往往表现出很高的脆性。如果适当控制高碳钢淬火加热时奥氏体中的含碳量,也可以在淬火后得到以板条马氏体为主的淬火组织,减少片状马氏体可能造成的脆性,使钢在保持高硬度的同时,还具备良好的韧性。采用低温短时间加热或快速加热的工艺,都可以收到满意的效果。当加热温度一定时,加热时间对淬火钢硬度的影响规律见图2在某一较短的淬火保温时间下可以得到最高的硬度[1]。这个硬度一般高于普通加热淬火的水平。淬火组织为板条马氏体加细小碳化物,残留奥氏体数量极少[2]。 图2碳量过低强韧化效果不明显。它说明,这种工艺方法的强化作用主要来自马氏体形态的变化。此外,原始组织对高碳钢低温短时间加热淬火的强化效果有重要的影响。原始组织愈细小,按此工艺淬火后的强度和韧性也愈高[3]。图5比较了调质和球化退火组织对快速加热钢强度和韧性的影响。可以看到,调质作为这种处理工艺的予先热处班,高碳钢的强度,特别是韧性的增加幅度非常突出。二等温淬火等温淬火