材料成分和熱處理工藝對鋼組織與性能的影響.

1、材料成分和熱處理工藝對鋼組織與性能的影響 摘 要：鋼材是當前社會運用最廣泛的材料之一，具有非常悠久的歷史，它推動了社會的大力發(fā)展，促進了社會的進步。作為結構材料，鋼的組織和性能在很高的層面上決定了產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，在選取鋼鐵材料的時候注重其組織與性能具有重要的意義。然而，回望鋼鐵發(fā)展的歷史，鋼組織與性能與材料成分和熱處理工藝有著千絲萬縷的關系，通過改善材料成分和熱處理工藝可以有效提升鋼組織與性能。本文將對材料成分和熱處理工藝對剛組織與性能的影響做淺顯分析。 關鍵詞：材料成分；熱處理；鋼組織與性能 鋼材在工業(yè)發(fā)展過程中有著非常重要的作用，是最重要的合金結構材料。在實際使用和生產(chǎn)的過程當中，人們對

2、鋼材材料提出了不同的性能要求。所以，為了滿足這些性能要求，單純的通過合理選用材料就想達到這些要求是不可能的， 還要進行必要的熱處理，才能使鋼材發(fā)揮出應有的性能。 本文主要選取45鋼、T8鋼及40CrNi鋼作為分析對象。 1.材料成分對鋼組織與性能的影響 表一是45鋼、T8鋼及40CrNi鋼的化學成分表： 表1 三種鋼的化學成分 C含量 Si含量 Mn含量 Cr含量 45鋼 0.420.50% 0.170.37% 0.50%0.80% 0.25% T8 0.750.84% 0.35% 0.40% 40CrNi 0.370.44% 0.170.37% 0.500.80% 0.450.75% Ni含

3、量 S含量 P含量 Cu含量 45鋼 0.30% 0.25% T8 0.030% 0.035% 40CrNi 1.001.40% 化學成分對組織與性能的一個方面影響使得熱處理后的殘余奧氏體的含量不同，從而力學性能上也體現(xiàn)出較大的差異。從材料學的角度來看可以通過熱處理工藝的調(diào)整來達到所要求的機械性能，但是從檢驗的角度來看，熱處理工藝幾乎沒有調(diào)整的空間，所以化學成分的控制十分關鍵。但由于目前沒有條件對殘余奧氏體的含量作出定量分析，所以沒有得出其與力學性能的準確的對應關系。但是可以知道的是，通過化學成分的精確控制可以減少-鐵素體的含量和得到適當?shù)臍堄鄪W氏體的含量，得到所要求的機械性能。 2.熱處理工

4、藝對鋼組織與性能的影響 表2是三種鋼材的臨界點溫度，表三是空氣爐和鹽浴爐內(nèi)加熱系數(shù)，表4是加熱系數(shù)的確定： 表2 三種鋼的臨界點溫度 鋼號 臨界點/ 45鋼 724 682 780 751 330 50 T8 730 700 230 -55 40CrNi 731 660 769 702 243 表3 空氣爐和鹽浴爐內(nèi)加熱系數(shù) 爐型 鋼種 溫度/ 不同溫度的加熱系數(shù)（min/mm） 500600 700900 500600700900 空氣爐 碳結鋼 1.25 1 0.70.8 碳工鋼 1.8 1.4 0.70.8 合結鋼 1.6 1.4 1.01.2 合工鋼 2 1.4 1.01.2 鹽浴爐

5、碳結鋼 0.35 0.15 合結鋼 0.35 0.15 表4加熱系數(shù)的確定 工件形狀 相對尺寸 經(jīng)驗式 圓柱體 空心圓柱體 三菱柱 四棱柱 六棱柱 立方體 A=B=C 1.4 表4中H是高度，D和d分別是外徑和內(nèi)徑，A，B，C為立方體的邊長 是加熱時間，min H是有效厚度或直徑，mm 是加熱系數(shù)。 2.1三種鋼在退火、正火、淬火和不同溫度回火后的力學性能 退火是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時間，然后以適宜速度冷卻（通常是緩慢冷卻，有時是控制冷卻）的一種金屬熱處理工藝。 正火又稱?；菍⒐ぜ訜嶂罙c3或Accm以上3050，保溫一段時間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風冷卻的金

6、屬熱處理工藝。 回火是工件淬硬后加熱到AC1以下的某一溫度，保溫一定時，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。 淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫），進行馬氏體（或貝氏體），轉變的熱處理工藝。 以45鋼在在退火、正火、淬火和不同溫度回火后的力學性能為例： 退火：抗拉強度： 600 （MPa） 屈服強度： 355 （MPa） 延 長 率： 16% 斷面收縮率： 40% 布氏硬度： 197 正火：強度較高，塑性和韌性尚好 淬火：水淬時有形成裂紋的傾向，形狀復雜的零件應在熱

7、水或油中淬火。焊接性差。 表5三種鋼不同熱處理工藝后的硬度（HRC） 退火 淬火 鋼號 溫度 冷卻階段 硬度 T8 187 800 水油堿 62-64 45鋼 197 840 水堿 58-59 40CrNi 840 油 >53 回火 鋼號 200 300 400 500 600 T8 58.8 56.8 45 36.9 25.5 45鋼 53.4 49.1 39.6 31.1 21.5 40CrNi 46.7 46.3 40.1 36.6 29.4 2.2 T8回火索氏體的熱處理工藝 2.2.1 回火索氏體的定義及組織特征 回火索氏體是馬氏體于高溫回火（500600）時形成的，在光學金相

8、顯微鏡下放大500600倍以上才能分辨出來，其為鐵素體基體內(nèi)分布著碳化物（包括滲碳體）球粒的復合組織。其特征是已經(jīng)聚集長大了的滲碳體顆粒均勻分布在鐵素體基體上，回火索氏體中的鐵素體已不呈針狀形態(tài)而呈等軸狀。它也是馬氏體的一種回火組織，是鐵素體與粒狀碳化物的混合物。此時的鐵素體已基本無碳的過飽和度，碳化物也為穩(wěn)定型碳化物。常溫下是一種平衡組織?；鼗鹚魇象w具有強度、韌性和塑性較好的綜合機械性能。 2.2.2 T8回火索氏體的熱處理方案 T8回火索氏體： 淬火：加熱溫度 ：800820?C 介質(zhì)：錠子油或變壓器油，冷卻到2040?C，硬度6068HRC； 溫度 硬度 500 35HRC 550 31HRC 回火： 2.2.3 T8回火索氏體的熱處理方案的解釋 T8是碳素工具鋼，碳含量在0.8%左右，其淬火溫度一般在800度，鹽水冷卻； T8一般的介質(zhì)為介質(zhì) ：錠子油或變壓器油； 對于淬火溫度，由于T8鋼經(jīng)正常淬火后組織是：馬氏體+殘余奧氏體+碳化物。 淬火后經(jīng)200°C溫度回火后的組織是：回火馬氏體+碳化物， 淬火后經(jīng)400°C溫度回火后的組織是：回火托（屈）