金屬熱加工后的組織

1、三、熱加工后的組織性能 （一）、改善鑄錠組織 金屬材料在高溫下的變形抗力，塑性好， 因此熱加工時(shí)容易變形，變形量大，可使一些 在室溫下不能進(jìn)行壓力加工的金屬材料（如鈦、 鎂、鎢鉬等）在高溫下進(jìn)行加工。通過熱加工， 使鑄錠中的組織缺陷得到明顯改善，如氣泡焊 接、縮松壓實(shí)，使金屬材料的致密度增加。 （一）、改善鑄錠組織 鑄態(tài)時(shí)粗大的柱狀晶通過熱加工后一般 都能變細(xì)，某些合金鋼中大快車碳化物 初晶可被打碎并較均勻分布。由于在高 溫和壓力作用下擴(kuò)散速度快，擴(kuò)散距離 減小，因而偏析可被部分消除，使成分 比較均勻。這些變化使材料的力學(xué)性能 有明顯的提高。（表7-2） （一）、改善鑄錠組織 （二）纖維組織

2、再熱加工個(gè)過程中，鑄錠的粗大枝晶和各種夾 雜物都要沿變形方向伸長，這樣就使枝晶間富 集的雜質(zhì)和非金屬夾雜物的走向逐漸與變形方 向一致，一些脆性雜質(zhì)如氧化物、碳化物、氮 化物等破碎成鏈狀，塑性的夾雜物如MnS等則 變成條帶狀、線狀或片成狀，在宏觀試樣上沿 著變形方向成一條條細(xì)線，這就是熱加工工中 的流線。由一條條流線勾劃出來的組織，叫做 纖維組織。 纖維組織的出現(xiàn)，將使 鋼的力學(xué)性能呈現(xiàn)各向異 性。 右圖所示為兩種不同纖維 分布的拖鉤， 顯然a的分布狀況是正確 的，b是錯(cuò)誤的。 （二）纖維組織 （二）纖維組織 疲勞性能、耐腐蝕性能、機(jī)械加工性能和線脹系數(shù) 等，均有顯著的差別。為此，在制訂工件的熱

3、加工 工藝時(shí)，必須合理的控制流線的分布狀態(tài)，盡量使 流線與應(yīng)力方向一致。對(duì)所受應(yīng)力狀態(tài)比較簡(jiǎn)單的 零件，如曲軸，吊鉤、扭力軸、齒輪、葉片等，盡 量使流線分布形態(tài)與零件的幾何外形一致。 （二）纖維組織 沿著流線方向具有較高的力學(xué)性能，垂直于流線方 向的性能則較低，特別是塑性和韌性表現(xiàn)得更為明 顯。（表7-3） 表7-3 45鋼的熱力學(xué)性能與測(cè)定方向的關(guān)系 測(cè)定方測(cè)定方 向向 b MPa 0.2 MPa （%） （%）k Jcm-2 縱向縱向71547017.562.853.6 橫向橫向67244010.031.024 （二）纖維組織 對(duì)于在腐蝕介質(zhì)中工作的零件，不應(yīng)使流線在 零件表面露頭。如果零

4、件的尺寸精度要求很高， 再配合表面有流線露頭時(shí)，將影響機(jī)械加工時(shí) 的表面粗糙度和尺寸精度。近年來，我國廣泛 采用“全纖維鍛造工藝”生產(chǎn)高速曲軸，流線 與曲軸外形完全一致，其疲勞性能比機(jī)械加工 的提高30%以上。 （三）帶狀組織 復(fù)相合金中的各個(gè)相，在熱加工時(shí)沿著變形方 向交替德呈帶狀分布，這種組織稱為帶狀組織， 在經(jīng)過壓延的金屬材料中經(jīng)常出現(xiàn)這種組織但 不同材料中產(chǎn)生帶狀組織的原因不完全一樣。 一種是在鑄錠中存在著偏析和夾雜物，壓延時(shí) 偏析區(qū)和夾雜物沿變形區(qū)伸長成帶狀分布，冷 卻時(shí)即形成帶狀組織。 （三）帶狀組織 例如在含磷偏高的亞共析鋼內(nèi)，鑄態(tài)時(shí)樹枝晶 間富磷貧碳，即使經(jīng)過熱加工也難以消除，

5、它 們沿著金屬變形方向被延伸拉長，當(dāng)奧氏體冷 卻到析出先共析鐵素體的溫度時(shí)，先共析鐵素 體就在這種富磷貧碳的區(qū)域形核并長大，形成 鐵素體帶，而鐵素體兩側(cè)的富碳區(qū)域則隨后轉(zhuǎn) 變成珠光體帶。 若夾雜物被加 工拉成帶狀， 先共析鐵素體 通常依附于它 們之上而析出， 也會(huì)形成帶狀 組織。圖7-30 為熱軋低碳鋼 板的帶狀組織 （三）帶狀組織 形成帶狀組織的另一種原因，是材料在壓延時(shí) 呈現(xiàn)兩相組織，例如碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏下限的 12Cr13（c=0.15%、Cr=11.50%-13.50%）鋼，在 熱加工時(shí)由奧氏體和碳化物組成，壓延后奧氏 體和碳化物都延長成帶，奧氏體經(jīng)共析轉(zhuǎn)變后 形成珠光體。 （三）帶狀組

6、織 又如Cr12鋼，在熱加工時(shí)由奧氏體和碳化物組成，壓延后碳化物即成帶狀分 布（圖7-31） （三）帶狀組織 帶狀組織使金屬材料的力學(xué)性能產(chǎn)生方向性， 特別是橫向塑性和韌性明顯降低，并使材料的 切削性能惡化。對(duì)于在高溫下能獲得單相組織 的材料，帶狀組織有時(shí)可用正火處理來消除， 需用高溫均勻化退火及隨后的正火處理來改善。 （四）晶粒大小 正常的熱加工一般可使晶粒細(xì)化。但是晶粒能 否細(xì)化取決于變形量、熱加工溫度尤其是終鍛 （軋）溫度及鍛后冷卻等因素。一般認(rèn)為，增 大變形量，有利于獲得細(xì)晶粒，當(dāng)鑄錠的晶粒 十分粗大時(shí)，只有足夠大的變形量才能使晶粒 細(xì)化。 （四）晶粒大小 特別注意不要在臨界變形度范圍內(nèi)加工，否則 會(huì)得到粗大的晶粒組織。變形度不均勻，則熱 加工后的晶粒大小往往也不均勻。當(dāng)變形量很 大（大于90%），且變形溫度很高時(shí)，易于引 起二次再結(jié)晶，得到異常粗大的晶粒組織。終 鍛溫度如超過再結(jié)晶溫度過多，且鍛后冷卻速 度過慢，會(huì)造成晶粒粗大。 （四）晶粒大小 終鍛溫度如過低，又會(huì)造成加工硬化及殘留應(yīng) 力。因此，對(duì)于無相變的合金或者加工后不再 進(jìn)行熱處理的鋼件，應(yīng)對(duì)熱加工過程，特別是 終鍛溫度、變