①. 交貨狀態(tài)(delivery condition)
交貨狀態(tài)是指交貨產(chǎn)品的最終塑性變形加工或最終熱處理的狀態(tài)。最終塑性變形加工狀態(tài)也可理解為不經(jīng)過熱處理交貨的狀態(tài),如熱軋(鍛)及冷拉(軋)狀態(tài)。經(jīng)正火、退火、高溫回火、調(diào)質(zhì)及固溶等處理的統(tǒng)稱為熱處理狀態(tài)交貨,或根據(jù)熱處理類別分別稱正火、退火、高溫回火、調(diào)質(zhì)及固溶等狀態(tài)交貨。
②. 熱軋狀態(tài)(hot rolling condition)
鋼材在熱軋或鍛造后不再對(duì)其進(jìn)行專門熱處理,冷卻后直接交貨,稱為熱軋或熱鍛狀態(tài)。
熱軋(鍛)的終止溫度為800~900℃,之后一般在空氣中自然冷卻,因而熱軋(鍛)狀態(tài)相當(dāng)于正火處理。所不同的是因?yàn)闊彳垼ㄥ懀┙K止溫度有高有低,不像正火處理加熱溫度控制嚴(yán)格,因而鋼材組織與性能的波動(dòng)比正火大。目前不少鋼鐵企業(yè)采用控制終軋溫度軋制,由于終軋溫度控制很嚴(yán)格,并在終軋后采取強(qiáng)制冷卻措施,因而鋼的晶粒細(xì)化,交貨鋼材有較高的綜合力學(xué)性能。無扭控冷熱軋盤條比普通熱軋盤條性能優(yōu)越就是這個(gè)道理。
熱軋(鍛)狀態(tài)交貨的鋼材,由于表面覆蓋有一層氧化鐵皮,因而具有一定的耐蝕性,儲(chǔ)運(yùn)保管的要求不像冷(拉)軋狀態(tài)交貨的鋼材那樣嚴(yán)格,大中型型鋼、中厚鋼板可以在露天貨場(chǎng)或經(jīng)苦蓋后存放。
③. 冷拉(軋)狀態(tài) [cold drawn(rolling)condition]
經(jīng)冷拉、冷軋等冷加工成形的鋼材,不經(jīng)任何熱處理而直接交貨的狀態(tài),稱為冷拉或冷軋狀態(tài)。與熱軋(鍛)狀態(tài)相比,冷拉(軋)狀態(tài)的鋼材尺寸精度高,表面質(zhì)量好,表面粗糙度低,并有較高的力學(xué)性能。
由于冷拉(軋)狀態(tài)交貨的鋼材表面沒有氧化鐵皮覆蓋,并且存在很大的內(nèi)應(yīng)力,極易遭受腐蝕或生銹,因而冷拉(軋)狀態(tài)的鋼材,其包裝、儲(chǔ)運(yùn)均有較嚴(yán)格的要求,一般均需在庫房?jī)?nèi)保管,并應(yīng)注意庫房?jī)?nèi)的溫度、濕度控制。
④. 常用鋼的熱處理方法分類
常用鋼的熱處理方法分類如圖16.5所示。熱處理的方法雖然很多,但任何一種熱處理工藝部是由加熱、保溫、冷卻三個(gè)階段組成見圖16.6,只是加熱溫度的高低、保溫時(shí)的長(zhǎng)短和冷卻速度不同。
⑤. 正火狀態(tài)(norma lized condition)
鋼材出廠前經(jīng)正火熱處理,這種交貨狀態(tài)稱正火狀態(tài)。由于正火加熱溫度[亞共析鋼為Ac3+(30~50℃),過共析鋼為Accm+(30~50℃)] 比熱軋終止溫度控制嚴(yán)格,因而鋼材的組織、性能均勻。與退火狀態(tài)的鋼材相比,由于正火冷卻速度較快,鋼的組織中珠光體數(shù)量增多,珠光體層片及鋼的晶粒細(xì)化,因而有較高的綜合力學(xué)性能,并有利于改善低碳鋼的魏氏組織和過共析鋼的滲碳體網(wǎng)狀,可為成品的進(jìn)一步熱處理做好組織準(zhǔn)備。碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼鋼材常采用正火狀態(tài)交貨。某些低合金高強(qiáng)度鋼如14MnMoVBRE、14CrMnMoVB鋼為了獲得貝氏體組織,也要求正火狀態(tài)交貨。
⑥. 退火狀態(tài)(annealed condition)
為降低鋼的硬度和提高塑性,便于加工,或者為消除冷卻與焊接時(shí)產(chǎn)生的硬脆性與內(nèi)應(yīng)力,可將鋼材加熱到800~900℃,經(jīng)過保溫后緩慢冷卻,可達(dá)到使用的要求。如白口鐵在900~1100℃退火,可降低硬脆性,得到可鍛性。
鋼材出廠前經(jīng)退火熱處理,這種交貨狀態(tài)稱退火狀態(tài)。退火的目的主要是消除和改善前道工序遺留的組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力,并為后道工序做好組織和性能上的準(zhǔn)備。
合金結(jié)構(gòu)鋼、保證淬透性合金鋼、冷鐓鋼、軸承鋼、工具鋼、汽輪機(jī)葉片用鋼,鐵素體型不銹耐熱鋼的鋼材常用退火狀態(tài)交貨。
⑦. 高溫回火狀態(tài)(high temperature tempering condition)
鋼材出廠前經(jīng)高溫回火熱處理,這種交貨狀態(tài)稱為高溫回火狀態(tài)。高溫回火的溫度高,有利于徹底消除內(nèi)應(yīng)力,提高塑性和韌性,碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、保證淬透性合金鋼鋼材均可采用高溫回火狀態(tài)交貨。某些馬氏體型高強(qiáng)度不銹鋼、高速工具鋼和高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼,由于有很高的淬透性以及合金元素的強(qiáng)化作用,常在淬火(或正火)后進(jìn)行一次高溫回火,使鋼中碳化物適當(dāng)集中,得到碳化物顆粒較粗大的回火索氏體組織(與球化退火組織相似),因而,這種交貨狀態(tài)的鋼材有很好的切削加工性能。
⑧. 固溶處理狀態(tài)(solid solution treatment)
鋼材出廠前經(jīng)固溶處理,這種交貨狀態(tài)稱為固溶處理狀態(tài)。這種狀態(tài)主要適用于奧氏體不銹鋼材出廠前的處理。通過固溶處理,得到單相奧氏體組織,以提高鋼的韌性和塑性,為進(jìn)一步冷加工(冷軋或冷拉)創(chuàng)造條件,也可為進(jìn)一步沉淀硬化做好組織準(zhǔn)備。
鋼材交貨狀態(tài)還有許多種,例如調(diào)質(zhì)狀態(tài)、時(shí)效處理狀態(tài)等。此外,還有酸洗、剝皮、磨光、拋光等表面加工狀態(tài)。同一鋼材可以有多種不同的交貨狀態(tài),以滿足使用單位各種不同的需要。正確地選擇鋼材交貨狀態(tài),對(duì)使用單位的進(jìn)一步加工、處理,確保產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本都有十分重要的意義,必須引起足夠的重視。訂購鋼材時(shí),在貨單、合同等單據(jù)上,必須注明是何種交貨狀態(tài)。當(dāng)選定熱處理狀態(tài)交貨時(shí),還應(yīng)注明是指鋼材本身還是試棒,以免發(fā)生錯(cuò)誤。
⑨. 耐蝕性(corrosion resistance)
是指金屬材料抵抗周圍介質(zhì)腐蝕作用的能力。金屬的耐蝕性好,就不易受到周圍介質(zhì)的作用而發(fā)生質(zhì)量上的變化,表現(xiàn)出穩(wěn)定的化學(xué)性能,因此又叫做化學(xué)穩(wěn)定性。根據(jù)腐蝕的種類不同,耐蝕性可分為抗氧化性、耐酸性等。
一般來說,鋼鐵的耐蝕性不如有色金屬。但是,不同有色金屬的耐蝕性不同,同一種有色金屬的耐蝕性,也因周圍腐蝕介質(zhì)的種類不同而異。
耐蝕性是在不同介質(zhì)作用下的零件和構(gòu)件選用金屬材料的重要依據(jù)。
⑩. 力學(xué)性能(mproperti)
金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來的各種特性,如彈性、塑性、韌性、強(qiáng)度、硬度等。
?. 彈性(elasticity)
金屬材料受外力作用發(fā)生了變形,當(dāng)去掉外力后,恢復(fù)原來形狀和尺寸的能力,稱為彈性。金屬材料彈性的好壞,是通過彈性極限、比例極限來反映的。
金屬的彈性對(duì)制造彈性零部件具有重要意義。
?. 塑性(plasticity)
金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形(指去掉外力后不能恢復(fù)原狀的變形),但不會(huì)被破壞的能力,叫做塑性。塑性用斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率表示。
金屬的塑性與變形方式有關(guān)。例如,有些金屬在受拉伸變形時(shí)要發(fā)生破壞,但受擠壓或模鍛時(shí)可不發(fā)生破裂。
金屬的塑性是進(jìn)行壓力加工、冷彎工藝等必須考慮的重要因素。另外,適當(dāng)?shù)乃苄詫?duì)提高金屬結(jié)構(gòu)的安全可靠性十分必要。
13. 強(qiáng)度(intensity&strength)
金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。金屬材料的強(qiáng)度是通過比例極限、彈性極限、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等許多強(qiáng)度指標(biāo)來反映的。
在外力作用下工作的零件或構(gòu)件,其強(qiáng)度是選用金屬材料的重要依據(jù)。
14. 強(qiáng)度極限(ultimate strength)
強(qiáng)度極限是在拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的最大應(yīng)力點(diǎn)。
15. 比例極限(proportional limit)
在彈性變形階段,金屬材料所承受的和應(yīng)變能力保持正比的最大應(yīng)力,稱為比例極限。由于比例極限很難測(cè)定,所以常常采用發(fā)生很微小的塑性變形量的應(yīng)力值來表示,稱為規(guī)定比例極限。
16. 彈性極限(elastic limit)
金屬能保持彈性變形的最大應(yīng)力,稱為彈性極限。由于彈性極限很難測(cè)定,所以常常采用很微小的塑性變形量的應(yīng)力值來表示。
17. 屈服極限(yield limit)
屈服極限為材料的拉伸應(yīng)力超過彈性范圍,開始發(fā)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力。有些材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線并不出現(xiàn)明顯的屈服平臺(tái),即不能明確地確定其屈服點(diǎn)。對(duì)于此種情況,工程上規(guī)定取試樣產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值作為條件屈服極限。
SMYS:規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度(the specified minimum yield strength)。這個(gè)詞匯經(jīng)常在一些壓力試驗(yàn)等規(guī)范內(nèi)出現(xiàn)。
18. 抗拉強(qiáng)度(tensile strength)
與規(guī)定的最小拉伸強(qiáng)度(SMTS)金屬試樣拉伸時(shí),在拉斷前所承受的最大應(yīng)力,稱為抗拉強(qiáng)度。它表示金屬材料在拉力作用下抵抗大量塑性變形和破壞的能力,抗拉強(qiáng)度以Rm表示,單位為MPa。
SMTS為規(guī)定的最小拉伸強(qiáng)度(the specified minimum tensile strength)。
19. 抗彎強(qiáng)度(bending strength)
試樣在位于兩支承中間的集中負(fù)荷作用下折斷時(shí),折斷橫截面(危險(xiǎn)截面)所承受的最大正應(yīng)力,稱為抗彎強(qiáng)度。
20. 抗壓強(qiáng)度(compressive stgth)
材料在壓力作用下不發(fā)生碎裂的所能承受的最大正應(yīng)力,稱為抗壓強(qiáng)度。
21. 伸長(zhǎng)率(elongation percentage)
金屬在拉伸試驗(yàn)時(shí),試樣拉斷后,其標(biāo)距部分所增加的長(zhǎng)度與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比,稱為斷后伸長(zhǎng)率。以A表示,單位為%。標(biāo)距長(zhǎng)度對(duì)伸長(zhǎng)率影響很大,所以伸長(zhǎng)率必須注明標(biāo)距。
22. 斷面收縮率(section shrinkage)
金屬拉伸試驗(yàn)中,在斷裂處試樣截面面積減小的百分率,稱為斷面收縮率。
23. 持久極限(endurance limit)或持久強(qiáng)度(rupture strength)
持久極限指金屬材料在給定溫度下,經(jīng)過一定時(shí)間破壞時(shí)所能承受的恒定應(yīng)力。
24. 蠕變極限(creep limit)
金屬材料在一定溫度和長(zhǎng)時(shí)間受力狀態(tài)下,即使所受應(yīng)力小于其屈服強(qiáng)度,但隨著時(shí)間的增長(zhǎng),也會(huì)慢慢地產(chǎn)生塑性變形,這種現(xiàn)象稱為蠕變。
蠕變極限是指金屬材料在一定溫度和恒定應(yīng)力下,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)的蠕變變形量或蠕變速度不超過某一規(guī)定值時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。
25. 疲勞極限(fatigue limit)
金屬材料在受重復(fù)或交變應(yīng)力作用時(shí),雖其所受應(yīng)力遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度,甚至小于彈性極限,經(jīng)多次循環(huán)后,在無顯著外觀變形情況下而會(huì)發(fā)生斷裂,這種現(xiàn)象稱為疲勞。金屬材料在重復(fù)或交變應(yīng)力作用下,經(jīng)過周次N的應(yīng)力循環(huán)仍不發(fā)生斷裂時(shí)所能承受最大應(yīng)力稱為疲勞極限。
26. 疲勞強(qiáng)度(fatigue strength)
金屬材料在重復(fù)或交變應(yīng)力作用下,循環(huán)N次后斷裂時(shí)所能承受的最大應(yīng)力,叫做疲勞強(qiáng)度,N稱為材料的疲勞壽命,某些金屬材料在重復(fù)或交變應(yīng)力作用下沒有明顯的疲勞極限,常采用疲勞強(qiáng)度表示。
27. 沖擊吸收功(impact absorbing energy)或沖擊韌性值(impact toughness)
金屬材料對(duì)沖擊負(fù)荷的抵抗能力稱為韌性,通常用沖擊吸收功或沖擊韌性值來度量。用一定尺寸和形狀的試樣,在規(guī)定類型的試驗(yàn)機(jī)上受一次沖擊負(fù)荷折斷時(shí)所吸收的功,稱沖擊吸收功,試樣刻槽處單位面積上所消耗的功,稱為沖擊韌性值。
28. 低溫沖擊韌性(low temperature impact toughness)和高溫沖擊韌性(hightemperature impact toughness)
金屬材料在常溫、低溫及高溫下所測(cè)得的沖擊吸收功或沖擊韌性值是不一樣的。低溫條件下測(cè)得的沖擊韌性,稱為低溫沖擊韌性;高溫條件下測(cè)得的沖擊韌性,稱為高溫沖擊韌性。低溫或高溫下測(cè)得的沖擊吸收功或沖擊韌性值都要注明試驗(yàn)溫度。
29. 金屬材料的冷脆(cold brittleness)及脆性轉(zhuǎn)變溫度
鋼材在較低溫度時(shí)發(fā)生的脆性斷裂,通常稱為冷脆。材料發(fā)生脆裂時(shí)的臨界溫度稱為韌性-脆裂轉(zhuǎn)變溫度,簡(jiǎn)稱脆性轉(zhuǎn)變溫度。
30. 硬度(hardness)
材料抵抗更硬物體壓入其表面的能力,稱為硬度,根據(jù)試驗(yàn)方法和適用范圍的不同,硬度可分為布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)和維氏硬度(HV)等許多種,其測(cè)定方法和適用范圍各異。
硬度反映材料對(duì)局部塑性變形的抗力及材料的耐磨性。硬度不是一個(gè)單純的物理量,而是反映彈性、強(qiáng)度和塑性等綜合性能的指標(biāo)。它是金屬材料的重要性能指標(biāo)之一。一般來說,硬度越高,耐磨性越好。
31. 布氏硬度(brineu hardness)
用一定直徑D的淬硬鋼球,以規(guī)定負(fù)荷P壓入試驗(yàn)金屬表面并保持一定時(shí)間,除去負(fù)荷后,測(cè)量金屬表面的壓痕直徑,以直徑算出壓痕球面積F再以負(fù)荷P除以壓痕球面積F所得之商,為該金屬的布氏硬度值。布氏硬度以HB表示。
布氏硬度測(cè)定較為準(zhǔn)確可靠,但只適用于測(cè)定8HB~480HB范圍內(nèi)的金屬材料。對(duì)于硬度較高的金屬或較薄的板、帶材則不適用。
32. 洛氏硬度(rockwell hardness)
洛氏硬度和布氏硬度都是壓痕試驗(yàn)法,所不同的是它不是測(cè)定壓痕直徑的大小,而是測(cè)定壓痕的深度。洛氏硬度的測(cè)定是在先后兩次施加負(fù)荷(初負(fù)荷Po及總負(fù)荷P)的作用下,將標(biāo)準(zhǔn)型壓頭(金剛石圓錐體或鋼球)壓入金屬表面,當(dāng)卸除主負(fù)荷P1(P1=P-P0)后,可得到由于主負(fù)荷P1所引起的殘余壓入深度值e。e值越大,金屬的硬度越低;反之則硬度越高。e值以規(guī)定單位0.002mm表示,壓頭軸向位移一個(gè)單位(0.002mm)相當(dāng)于洛氏硬度變化一個(gè)數(shù),洛氏硬度用符號(hào)HR表示。洛氏硬度分為HRC、HRA和HRB三種。
33. 晶粒(crystalline grain)、晶界(grain boundary)
組成金屬材料的小晶體,稱為晶粒。晶粒與晶粒之間的分界面,稱為晶界。
34. 相(phase)、相界(phase boundary)
在金屬或合金中,凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并由界面互相隔開的均勻組成部分,稱為相,相與相之間的界面,稱為相界。
35. 固溶體(solid solution)
組成合金的一種金屬元素的晶體中溶有另一種元素的原子形成的固態(tài)相,稱為固溶體。固溶體一般有較高的強(qiáng)度、良好的塑性、耐蝕性以及高的電阻和磁性。
按溶質(zhì)原子在晶格中的位置不同可分為置換固溶體和間隙固溶體。溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格中的結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體稱置換固溶體。溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體稱間隙固溶體。
按固溶度來分類:可分為有限固溶體和無限固溶體。無限固溶體只可能是置換固溶體。
按溶質(zhì)原子與溶劑原子的相對(duì)分布來分,可分為無序固溶體和有序固溶體。
36. 金屬化合物(metal compounds)
合金中不同元素的原子相互作用形成的、晶格類型和性能都完全不同于其組成元素的,具有金屬特性的固態(tài)相,稱為金屬化合物。金屬化合物多數(shù)具有熔點(diǎn)高、硬而脆的特點(diǎn),是合金中很重要的強(qiáng)化相。
37. 奧氏體(austenite,A)
奧氏體(A),是碳在γ-Fe中的固溶體,溶碳能力較大,在723℃為0.8%,在1147℃時(shí)達(dá)到最大值2.06%,它是碳鋼在高溫時(shí)的組織。
奧氏體是一種塑性很好、強(qiáng)度較低的固溶體、具有一定韌性,不具有鐵磁性。
33. 鐵素體(ferrite,F(xiàn)或FN)
鐵素體(F)是碳在α-Fe中的固溶體,其溶碳能力較差,室溫下僅溶碳0.006%,在723℃時(shí)達(dá)到最大值0.02%,所以其強(qiáng)度、硬度較低,塑性及韌性很高,它是碳鋼在常溫時(shí)的主體相。
39. 滲碳體((Fe3C)
滲碳體(Fe3C)是鐵和碳的化合物,含碳量為6.69%,性能硬而脆,幾乎沒有塑性,它是鋼中的強(qiáng)化相。
40. 珠光體(pearlie,P)
珠光體(P)是鐵素體和滲碳體相間排列的片狀層組織,是一種機(jī)械混合物,因此,其力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間,綜合力學(xué)性能較好。
41. 臨界點(diǎn)(critical point)
鋼加熱和冷卻時(shí)發(fā)生相轉(zhuǎn)變的溫度叫臨界點(diǎn)或臨界溫度,在實(shí)際加熱和冷卻時(shí),鋼的相變與在極端緩慢加熱(或冷卻)的平衡狀態(tài)不一樣,往往是在一定的過熱或者過冷的情況下進(jìn)行的。這樣就使得實(shí)際加熱或冷卻時(shí)的臨界點(diǎn)不在同一溫度上。臨界點(diǎn)用A表示;加熱時(shí)的臨界點(diǎn)在臨界點(diǎn)A右下標(biāo)字母c;冷卻時(shí)的臨界點(diǎn)在臨界點(diǎn)A右下標(biāo)字母r。對(duì)鋼來說,常見的平衡狀態(tài)和加熱時(shí)的臨界點(diǎn)有以下幾個(gè)。
A1-在平衡狀態(tài)下,奧氏體、鐵素體、滲碳體共存的溫度,也就是下臨界點(diǎn)。
A3-亞共析鋼在平衡狀態(tài)下,奧氏體和鐵素體共存的最高溫度,也就是亞共析鋼的上臨界點(diǎn)。
Acm-過共析鋼在平衡狀態(tài)下,奧氏體和滲碳體共存的最高溫度,也就是過共析鋼的上臨界點(diǎn)。
Ac1-鋼加熱時(shí),所有珠光體都轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度。
Ac3-亞共析鋼加熱時(shí),所有鐵素體都轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度。
Accm-過共析鋼加熱時(shí),所有滲碳體都溶入奧氏體的溫度。
Ar1-鋼高溫奧氏體化后冷卻時(shí),奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的溫度。
Ar3-亞共析鋼高溫奧氏體化后冷卻時(shí),鐵素體開始析出的溫度。
Arcm-過共析鋼高溫完全奧氏體化后冷卻時(shí),滲碳體開始析出的溫度。
Ms-鋼高溫奧氏體化后,在大于臨界冷卻速度冷卻時(shí),其中奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度。
M2-奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的終了溫度。
Ac1、Ac3、Accm隨加熱速度而定,加熱速度越快,其值越高。而Ar1、Ar3、和Arcm則隨冷卻速度的加快而降低,當(dāng)冷卻速度超過一定值(臨界冷卻速度)時(shí),將完全消失,一般Ac1>A1>Ar1、Ac3>A3>Ar3、Accm>Acm>Arcm 。對(duì)碳鋼來說,這些臨界點(diǎn)在鐵碳平衡圖上可查到。
42. 熱處理(heat treatment &thermal treatment)
熱處理就是將金屬成材或零件加熱到低于熔點(diǎn)的一定溫度,并將此溫度保持一段時(shí)間,然后冷卻至一定溫度的工藝過程。熱處理過程一般都要經(jīng)過加熱→保溫→冷卻三個(gè)階段。
熱處理和其他加工處理不同,它不改變金屬成材或零件的形狀和大小,而是通過改變金屬的內(nèi)部組織來改善金屬的性能,提高材料的使用價(jià)值,滿足各種使用要求,并提高質(zhì)量、節(jié)省材料及延長(zhǎng)使用壽命。鋼的熱處理工藝包括退火、正火、淬火、回火和表面熱處理等方法。
43. 退火(annealing)
常用的退火又可分為完全退火、再結(jié)晶退火和消除應(yīng)力退火。完全退火是將鐵碳合金完全奧氏體化(加熱到Aa以上20~30℃)然后緩慢冷卻,以獲得接近平衡組織的工藝過程。完全退火適用于處理亞共析鋼、中合金鋼,目的是改善鋼鑄件或熱軋型材的力學(xué)性能。由于加熱溫度超過上臨界點(diǎn),使組織完全重結(jié)晶,可達(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織、降低硬度、充分消除內(nèi)應(yīng)力等目的。
再結(jié)晶退火是將變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上(6600℃~Ae3),保持適當(dāng)時(shí)間,使被冷加工拉長(zhǎng)了的和破碎了的晶粒重新成核和長(zhǎng)大成正常晶粒,成為沒有內(nèi)應(yīng)力的新的穩(wěn)定組織,使鋼的物理機(jī)械性能基本上都能得到恢復(fù)。對(duì)于連續(xù)多次冷加工的鋼材,因隨加工道次的增加、硬度不斷升高,塑性不斷下降,必須在兩次加工中間安排一次再結(jié)晶退火、使其軟化。以便鋼材能進(jìn)一步加工。這種退火又稱為軟化退火或中間退火。
消除應(yīng)力退火是為了除去由于塑性變形加工、焊接等原因造成的以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的熱處理工藝,消除應(yīng)力退火的加熱溫度低于鋼的再結(jié)晶溫度。
44. 正火(normalizing)
將鋼加熱到Ac3或Acm以上30~50℃,保溫后在空氣中冷卻,得到珠光體型組織的熱處理工藝叫正火。正火主要用于碳鋼和低合金鋼,其目的是提高其力學(xué)性能,細(xì)化晶粒,改善組織,使晶粒細(xì)化和碳化物分布均勻化,去除材料的內(nèi)應(yīng)力,降低材料的硬度。
正火與退火的區(qū)別是正火的冷卻速度稍快,所獲得的組織比退火細(xì),力學(xué)性能也有所提高。
45. 淬火(quenching)
將鋼加熱到Ac3(亞共析鋼)或Ac1(過共析鋼)以上30~50℃,保溫后以大于臨界冷卻速度的速度快速冷卻的熱處理工藝叫淬火。淬火一般是為了得到馬氏體組織,使鋼得到強(qiáng)化。淬火馬氏體是碳在a-Fe中的過飽和固溶體。
淬火的目的是使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變,得到馬氏體或貝氏體組織,然后配合不同溫度的回火,以大幅提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等,從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。
46. 回火(tempering)
鋼淬火后為了消除殘余應(yīng)力及獲得所需要的組織和性能,將其重新加熱到Ac1以下某一溫度,保溫后進(jìn)行冷卻的熱處理工藝叫回火。按回火溫度的不同,回火可分為低溫、中溫和高溫回火。
47. 調(diào)質(zhì)(quenching and high temperature tempering)
通常將淬火加高溫回火的熱處理工藝叫調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)后獲得回火索氏體組織,可使鋼件得到強(qiáng)度與韌性相配合的良好的綜合力學(xué)性能。
48. 固溶處理(solution treatment)
固溶處理指將合金加熱到高溫單相區(qū)然后恒溫保持,使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻,以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。其目的是改善金屬的塑性和韌性,并為進(jìn)一步進(jìn)行沉淀硬化處理準(zhǔn)備條件。適用于多種特殊鋼、高溫合金、特殊性能合金及有色金屬。尤其適用于熱處理后需要再加工的零件;消除成形工序間的冷作硬化;焊接后工件。
對(duì)于非超低碳型的奧氏體不銹鋼,通過固溶處理可使過剩的碳被固溶在奧氏體中,從而可消除其晶間腐蝕的敏感性。一般情況下,對(duì)不銹鋼多加熱到1000~1120℃,并按1min/mm進(jìn)行保溫,然后進(jìn)行急冷,使得過剩的碳來不及向晶界間遷移,從而達(dá)到消除晶界貧鉻的目的。經(jīng)固溶處理的奧氏體不銹鋼仍要防止在敏化溫度加熱,否則碳化鉻會(huì)重新沿晶界析出。
49. 穩(wěn)定化處理(stabilizing treatment & steadiness treatment)
穩(wěn)定化處理是穩(wěn)定組織,消除殘余應(yīng)力,以使工件形狀和尺寸保持在規(guī)定范圍內(nèi)的任何一種熱處理工藝。主要運(yùn)用在以下幾種情況。
a. 為使工件在長(zhǎng)期服役的條件下形狀和尺寸變化能夠保持在規(guī)定范圍內(nèi)的熱處理。對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼材,穩(wěn)定化處理的作用是將鋼絲中的大部分殘余應(yīng)力消除,使絞線結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,切斷時(shí)不松散,彈性極限提高,在長(zhǎng)期保持張力下服役時(shí)應(yīng)力損失(松弛)較低。
b. 含鈦或含鈮的奧氏體不銹鋼的一種提高耐晶間腐蝕能力的熱處理方法。在奧氏體不銹鋼冶煉時(shí)加入數(shù)倍于含碳量的鈦或鈮元素,可在形成Cr23C6之前優(yōu)先形成鈦或鈮的碳化物,這些碳化物幾乎不固溶于奧氏體中。在焊件從高溫冷卻時(shí),即使經(jīng)過易析出CrCr23 C6的敏化溫度區(qū)間(850~450℃)時(shí)也不會(huì)沿晶界大量析出CrCr23 C66,從而大大提高了耐晶間腐蝕的能力。為了使鋼達(dá)到最大的穩(wěn)定度,還應(yīng)做穩(wěn)定化處理,即將構(gòu)件加熱至900℃使Cr23C6充分溶解到奧氏體中,而此時(shí)讓鈦和鈮充分形成非常穩(wěn)定的碳化鈦和碳化鈮。然后在空氣中冷卻,即使經(jīng)過敏化溫度,也無Cr23C6在晶界析出。經(jīng)穩(wěn)定化處理后的奧氏體不銹鋼便大大降低了晶間腐蝕的可能性。
50. 敏化處理(sensitizing treatment)
使金屬(通常是合金)的晶間腐蝕敏感性明顯提高的熱處理。鋼中的碳(通常含0.08%)與鉻結(jié)合,在熱處理過程中或在焊接過程中在晶界析出。形成的碳化物使晶界出現(xiàn)貧鉻,降低了材料的耐應(yīng)力腐蝕性。一般在420~850℃范圍內(nèi)停留時(shí)間過長(zhǎng),奧氏體不銹鋼會(huì)由于碳化鉻的析出而造成晶間貧鉻,增加材料的晶間腐蝕傾向,這個(gè)溫度范圍即為敏化區(qū)間。
敏化處理一般是指已經(jīng)經(jīng)過固溶處理的奧氏體不銹鋼,在500~850℃加熱,將Cr從固溶體中以碳化鉻的形式析出,造成奧氏體不銹鋼的晶界腐蝕敏感性,這就是敏化處理,是用來衡量奧氏體不銹鋼晶界腐蝕傾向的一種檢測(cè)手段。
51. 碳當(dāng)量(carbon equivalent)
碳當(dāng)量是將鋼鐵中各種合金元素折算成碳的含量。碳素鋼中決定強(qiáng)度和可焊性的因素主要是含碳量。合金鋼(主要是低合金鋼)除碳以外各種合金元素對(duì)鋼材的強(qiáng)度與可焊性也起著重要作用。為便于表達(dá)這些材料的強(qiáng)度性能和焊接性能,通過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì),簡(jiǎn)單地以碳當(dāng)量來表示。有許多碳當(dāng)量指標(biāo),如拉伸強(qiáng)度碳當(dāng)量、屈服強(qiáng)度碳當(dāng)量、焊接碳當(dāng)量,還有冷裂敏感性指標(biāo)(實(shí)質(zhì)上也是碳當(dāng)量)。通過對(duì)鋼的碳當(dāng)量和冷裂敏感指數(shù)的估算,可以初步衡量低合金高強(qiáng)度鋼冷裂敏感性的高低,這對(duì)焊接工藝條件如預(yù)熱、焊后熱處理、線能量等的確定具有重要的指導(dǎo)作用。
國際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量公式CE(IIW):
CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (%)
式中的元素符號(hào)均表示該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。該式主要適用于中、高強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)度鋼(Rm=500~900MPa。當(dāng)板厚小于20mm,CE(IIW)<0.40%時(shí),鋼材淬硬傾向不大,焊接性良好,不需預(yù)熱;CE(IIW)=0.40%~0.60%%,特別當(dāng)大于0.5%時(shí),鋼材易于淬硬,焊接前需預(yù)熱。