2021年鋼材的時效解析

1、鋼的時效歐陽光明（2021.03. 07 ）時效條件在日常生活中常發(fā)現，如低碳鋼板等材料經熱加工或冷加工后 ，在 室溫放置一段時間，它的機械性能發(fā)生了變化，這種金屬材料的性能隨時間的延長而改變的現象稱為時效。時效往往使材料的性能變壞，在生產實際中應注意防止，但也可掌握其變化規(guī)律，使其在生產中加以利用。由于鋼材的化學成分不同，預先的熱加工或冷加工及使用溫度的不同，鋼的時效也有不同的表現。鋼材經固溶處理后急冷至時效溫度時，合金元素將處于過飽和狀態(tài)，此時，如果合金元素仍具有擴散能力，那么隨著時間的延長，鋼材中的合金元素會從固溶體中脫落（或沉淀）致使材料的性能發(fā)生變化，這就叫做時效。時效過程的定義：一

2、切有關材料性能隨時間變化過程都統稱時效過程。時效的條件：1）對合金元素具有一定的溶解度；2）溶解度隨溫度的降低而減小；3）高溫固溶的合金元素，急冷后成為過飽和狀態(tài)；4）在低溫狀態(tài)下，合金元素仍具有一定的擴散速度。時效現象是一種由非平衡狀態(tài)向平衡狀態(tài)轉變的自發(fā)現象。如 果固溶處理后以極緩慢的速度冷卻，以達到平衡狀態(tài)而又未經冷變 形，這時時效現象就不合發(fā)生鋼的時效現象主要由鋼中的碳，氮間隙原子引起的。碳，氮是鋼中間隙原子，間隙原子一般在室溫下都有一定的擴散能力，它們的溶解度都隨溫度的降低而減力,因此只要固溶處理后快冷使之造 成過飽 和狀態(tài)，就能夠產生時效現象。故此，時效現象可以分淬火時效和應變時效

3、（形變時效、機械時效）。淬火時效是固溶體V夬速冷卻到某一個溫度導致的沉淀硬化。在該溫度下，第二相元素變成過飽和狀態(tài)。較高溫度和多次應用時發(fā)生沉淀，并導致屈服強度、拉伸強度和硬化的增加。應變時效是塑性變形后某些材料中產生的一種現象。 對低碳鋼板, 應變時效導致不連續(xù)屈服的重現，屈服強度和硬度增加，韌性 減少而 拉伸強度無明顯變化。時效引起的性能變化由于材料發(fā)生時效，其性能將發(fā)生較大的變化，主要有以下變 化：1）材料的硬度增加；2）鋼的強度（屈服強度增加、抗拉強度增加或不變），塑性和韌性（延伸率，斷面收縮比，抗沖擊功）降低；3）某些電學性能和物理性能也發(fā)生了變化，如使電阻降低，磁矯頑力提咼等。影響

4、時效的因素鋼中的碳、氮間隙原子杲引起時效的基本元素，這些元素的原子在室溫下仍具有擴散能力，因此由于急冷造成的過飽和固溶體處于不平衡狀態(tài)時，必將引起時效現象。淬火時效主要靠碳，氮化物的彌散析出，而形變時效則 杲碳，氮原子在位錯附近的富集，對位 錯起釘扎作用的結果。位錯的密度隨鋼材的化學成分，熱處理及冷變形等因素而不同的。曾經有人計算過，當鋼中碳、氮的過飽和度 達 0.0001%以上時就合引起時效現象。鋼中的 含碳量越高，固溶在a-Fe 中的碳量也就越高，時效的效果也就越明顯。但當鋼中的含碳 量大到在組織中出現滲碳體時，時效效果反而減小。實驗表明，當含碳量在0.25%左右時，時效后性能的變化最大。

5、氫原子由于擴散系數比較大，如果長時間放置也會從鋼中析出， 這就是氫原子引起的時效現象。硼原子在鋼中即可是間隙型又可以 杲置換型，這對時效起抑制 作用。氧原子對時效沒有 太大的影響。研究 指出，經鋁脫氧 的鋼能起到減少鋼的時效敏感性的作用，并不在于鋁有很強的脫氧能力使鋼中的含氧量減少，而是在于鋁與氮之間有很強的親和力，真正起作用的 并不是與氧結合的鋁（酸不溶鋁），而是仍 剩余鋼液中的鋁（酸溶鋁）。鋼中的鋁與氮會形成AIN, A1N的 溶解度也隨溫度的降低而減小。 但是由于鋁的 存在，與不含 鋁時相 比，氮 在固溶體中的溶解度大大減小，所以鋁對抑制鋼的時效作用十分明顯。除鋁外，合金元素鈦、機、鋁、

6、鋸、輅、硅、鐳、銅，砒和錫 等合金元素都對鋼的時效有影響。過時效總之，時效過程杲一種由非平衡狀態(tài)向平 衡狀態(tài)轉變的自發(fā)現 象, 是碳，氮等間隙原子由于處于過飽和狀態(tài)，在低溫時靠擴散能 力，從 固溶體中脫落（或沉淀）致使材料的性能發(fā)生變化的過程。審歐陽光明創(chuàng)編2021.03.07為了保證我們所要求帶鋼的各種性能，我們必須采用相應的生產工藝措施，防止帶鋼時效現象的發(fā)生。這些相應的生產工藝措施就是所謂的過時效。在連續(xù)退火爐中設置了過時效段，用于對一些有過時效要求的鋼種（如DQ-AK、DDQ-AK. DP鋼.TRIP鋼）進行時效處理，BD在鋼種 的過時效溫度范圍內，使帶鋼保持足夠的過時效時間，使碳、氮

7、等間隙原子充分析出，但杲它們的析出與普通低碳鋼的析出有很大的區(qū)別，主要是由于在這類鋼中同時添加了鋁.機、館等合金元 素，這部分元素 會與氮形成穩(wěn)定的氮化物同時析出，使鐵素體基體強化（稱為第二相的彌散硬化），并且使晶粒細化，使鋼的強度和韌性均能顯著提高，同時使較低溫度的時效現象受到抑制。如在鋁脫氧的鎮(zhèn)靜鋼中，加入足夠數量的鋁，使它除去與氧結合外（鋁作為脫氧劑加入），還剩余相當數量（0.020.04%）在固溶體中，禾I用這部分剩余的鋁來固定氮， 即通過軋后緩冷或在700 一 800°C保溫，使鋁與氮形成穩(wěn)定的 A1N,這 樣就可以減弱甚至完全消除通常在較低溫度發(fā)生的時效現象。同時高度彌散

8、的A1N質點在1000°C以下（與 鋁的濃度有關）能阻止奧氏體 晶粒長大，使鋼成為本質細晶粒鋼。另外，由于合金元素的存在，固化了鋼中的碳、氮。使鋼在經過變形后，雖然出現了大量的位錯和空位缺陷，但沒有碳、氮的快速移位而形成柯氏氣團，從而降低了形變時效的產生。時效的實際應用汽車車身的部件，如前擋泥板，汽車灰板等，如果經冷沖壓加工而成'在低碳鋼板存在有物理屈服現象（在不增加應力時的屈服現象）的時候，由于局部的突然屈服，鋼板的形變就不均勻，結果鋼板表面出現形變帶皺紋。為了避免產生這種缺陷，首先應設法消除物理屈服現象。實踐證明，經過退火的鋼板，在沖壓加工前進行小變形的軋制（0.8-1.5%的變形量），可以消除物理屈服現象。但 是，這種 物理屈服現象的消除，只是暫時現象，如果經過一定時間的時效后，物理屈服現象又會重新出現。這說明形變時效對深