簡析鋼的熱處理

摘 要：本文針對鋼的熱處理的原理與過程進(jìn)行簡析與概述，分析了加熱與冷卻時的組織轉(zhuǎn)變過程，包括組織奧氏體化與重結(jié)晶過程，并分析了影響奧氏體化速度和晶粒度大小的因素，對比了亞共析成分、共析成分和過共析成分的冷卻曲線，并分析了實際曲線與理論曲線的不同點。最后本文列舉了4種鋼的熱處理工藝，簡述了其過程與目的。

關(guān)鍵詞：熱處理；奧氏體化；冷卻曲線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.027

1 加熱時組織的轉(zhuǎn)變

1.1 奧氏體化

1.1.1 組織轉(zhuǎn)變的臨界溫度

根據(jù)鐵碳相圖可知，加熱時亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼奧氏體化的轉(zhuǎn)變溫度線分別為GS線、PSK線和ES線[1]，在熱處理過程中分別對應(yīng)于A3線、A1線和Acm線，而實際處理過程如圖1所示，加熱時溫度要高于理論溫度，實際溫度線為Ac3線、Ac1線和Accm線，冷卻時溫度要低于理論溫度，實際溫度線為Ar3線、Ar1線和Arcm線。

1.1.2 轉(zhuǎn)變過程

鋼的奧氏體化[2]分為四個過程：奧氏體晶核的形成、奧氏體晶核的長大、剩余滲碳體的溶解、奧氏體成分的均勻化。

1.2 對奧氏體化速度的影響因素

加熱溫度：加熱溫度越高，奧氏體化速度越快。

加熱速度：加熱速度直接影響加熱溫度，二者正相關(guān)，由此可知加熱速度越快，奧氏體化速度越快。

鋼中的碳含量：碳含量直接影響鐵素體和滲碳體的相界面積，二者也是正相關(guān)，而相界面增大，奧氏體化速度增大。

合金元素：加快奧氏體化的常見合金元素有Co、Ni等元素，減慢奧氏體化的常見合金元素有Cr、Mo、V等元素。

轉(zhuǎn)變前的組織形態(tài)：片狀滲碳體層片間距越小越有利于加速奧氏體化。

1.3 晶粒度

1～4級晶粒度較粗，5～8級晶粒度較細(xì)，其大小受如下因素影響：加熱溫度：加熱溫度越高，保溫時間越長晶粒越粗；碳含量：碳阻礙晶粒長大，因此碳含量越高，晶粒越細(xì)；

其他元素：Ti、V、Nb、O等元素阻礙阻礙晶粒長大，有利于細(xì)化晶粒；Mn、P等促進(jìn)晶粒長大。

2 冷卻時組織的轉(zhuǎn)變

2.1 等溫轉(zhuǎn)變

如圖2所示，共析成分有高溫和中溫兩個轉(zhuǎn)變區(qū)，高溫轉(zhuǎn)變：，為擴散型轉(zhuǎn)變[4]，轉(zhuǎn)變后的珠光體組織按層間距可分為：珠光體（P）、索氏體（S）和屈氏體（T），層片間距依次減小；中溫轉(zhuǎn)變：，為半擴散型轉(zhuǎn)變，按照轉(zhuǎn)變溫度和組織的形狀分為上貝氏體和下貝氏體。上貝氏體：，羽毛狀，硬而脆，沒有實用價值；下貝氏體：，黑色針狀。上貝氏體和下貝氏體沒有明顯的界線。

相較于共析成分，亞共析成分的轉(zhuǎn)變多了鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū)，未轉(zhuǎn)變成鐵素體的奧氏體繼續(xù)在相應(yīng)溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w或貝氏體，隨碳含量增加，C曲線右移，Ms和Mf線下移；過共析成分的轉(zhuǎn)變多了滲碳體轉(zhuǎn)變區(qū)，隨碳含量增加，C曲線左移，Ms和Mf線下移。

2.2 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

如圖3所示，共析成分冷卻轉(zhuǎn)變時，當(dāng)冷卻速度大于時，將無P生成，過冷A將全部轉(zhuǎn)變?yōu)镸；當(dāng)冷卻速度小于時，過冷A全部轉(zhuǎn)變?yōu)镻，轉(zhuǎn)變后的組織為P+M，由于轉(zhuǎn)變不完全。在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)為連續(xù)冷卻過程，馬氏體生成速度較快，且生成時體積膨脹，按照生成物組織形狀不同，分為板條狀馬氏體、針狀馬氏體以及二者的混合物。兩種轉(zhuǎn)變都會有殘余奧氏體[5]，與等溫轉(zhuǎn)變相比，共析成分連續(xù)轉(zhuǎn)變沒有貝氏體生成，且轉(zhuǎn)變曲線略靠右下。

相較于共析成分，亞共析成分轉(zhuǎn)變時多了鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū)和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，過共析成分首先出現(xiàn)滲碳體轉(zhuǎn)變區(qū)。

3 熱處理的方法與工藝

退火：加熱、保溫、緩慢冷卻，按照應(yīng)用可分為等溫退火、去應(yīng)力退火、球化退火、完全退火、擴散退火。

正火：加熱、保溫、空冷，亞共析成分空冷后轉(zhuǎn)變?yōu)镕+S，共析成分轉(zhuǎn)變?yōu)镾，過共析成分轉(zhuǎn)變?yōu)楹蜐B碳體。

淬火：加熱、保溫、水淬或油淬，水淬時鹽溶液可改善冷卻效果。

回火：淬火后，鋼件內(nèi)部存在較大內(nèi)應(yīng)力，需要重新加熱，保溫、冷卻以消除內(nèi)應(yīng)力，按回火溫度分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：韓雨辰（1998-），男，山東鄆城人，本科，研究方向：材料成型與控制工程。