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文檔簡介

1、鈦合金熱處理操作注意事項淬火:淬火操作時,從出爐到進入亟人介質(zhì)之間的轉(zhuǎn)移時間越短越好,以防B相分解,轉(zhuǎn)移時間最長不超過10s淬火加熱保溫時間的計算公式:t=(58)A S (min)A 保溫時間系數(shù)3min/mmS 一零件有效厚度(mm淬火介質(zhì):高閃點的油,或不含氯化物的鹽浴如亞硝酸鹽和硝酸鹽浴防氧化和腐蝕:在氯鹽浴中加熱時,發(fā)生熱鹽腐蝕的臨界溫度是288oC,主要是熱處理前零件清洗不正確,要求正確清洗。搬運時,不要在零件上按指紋,對于工件上的油和潤滑脂應(yīng)清洗干凈鈦合金在真空中加熱時,真空壓力為 0.11kPa為防止氧化,可用高純度僦、覆等惰性氣體保護,也可用塑料進行保護,或加熱前把零件在熔融

2、的玻璃中浸蘸一下變形:為防止熱處理翹曲,零件應(yīng)固定于鐵基或銀基合金制造的夾具中為防止夾具帶來的油污,在夾具里墊薄鈦板或噴Al2O3,將鈦零件同夾具隔開,夾具在使用前應(yīng)進行燒焦處理有害氣體影響:氫氣:含氫量超過0.02%會產(chǎn)生氫脆,所以鈦合金最好在 真空中加熱, 用火焰加熱時,火焰不能直接噴在工件上,火焰調(diào)成中性或略帶氧化 性氧氣:氧易和鈦生成TiO2薄膜,使用過程中易產(chǎn)生剝落氮氣:零件吸入氮氣變脆,塑性下降鋼材斷裂的基本分析如今,用于各行業(yè)的鋼材品種達數(shù)千種之多。每種鋼材都因不同的性能、化學(xué)成分或合金種類和含量而具有不同的商品名稱。雖然斷裂韌性值大大方便了每種鋼的選擇,然而這些參數(shù)很難適用于所

3、 有鋼材。主要原因有:第一,因為在鋼的冶煉時需加入一定數(shù)量的某 種或多種合金元素,成材后再經(jīng)簡單熱處理便可獲得不同的顯微組 織,從而改變了鋼的原有性能;第二,因為煉鋼和澆注過程中產(chǎn)生的 缺陷,特別是集中缺陷(如氣孔、夾雜等)在軋制時極其敏感,并且 在同一化學(xué)成分鋼的不同爐次之間,甚至在同一鋼坯的不同部位發(fā)生 不同的改變,從而影響鋼材的質(zhì)量。由于鋼材韌性主要取決于顯微結(jié) 構(gòu)和缺陷的分散(嚴(yán)防集中缺陷)度,而不是化學(xué)成分。所以,經(jīng)熱 處理后韌性會發(fā)生很大變化。要深入探究鋼材性能及其斷裂原因,還 需掌握物理冶金學(xué)和顯微組織與鋼材韌性的關(guān)系。.鐵素體-珠光體鋼斷裂鐵素體-珠光體鋼占鋼總產(chǎn)量的絕大多數(shù)。

4、它們通常是含碳量在 0.05%0.20%之間的鐵-碳和為提高屈服強度及韌性而加入的其它少 量合金元素的合金。鐵素體-珠光體的顯微組織由BBGt (鐵素體)、0.01%C可溶合 金和Fe3C組成。在碳含量很低的碳鋼中,滲碳體顆粒(碳化物)停 留在鐵素體晶粒邊界和晶粒之中。但當(dāng)碳含量高于 0.02%寸,絕大多 數(shù)的Fe3c形成具有某些鐵素體的片狀結(jié)構(gòu),而稱為珠光體,同時趨 向于作為“晶?!焙颓蚪Y(jié)(晶界析出物)分散在鐵素體基體中。含碳 量在0.10%0.20%的低碳鋼顯微組織中,珠光體含量占 10%-25%盡管珠光體顆粒很堅硬,但卻能非常廣泛地分散在鐵素體基體上,并且圍繞鐵素體輕松地變形。通常,鐵素

5、體的晶粒尺寸會隨著珠 光體含量的增加而減小。因為珠光體球結(jié)的形成和轉(zhuǎn)化會妨礙鐵素體 晶粒長大。因此,珠光體會通過升高 d-1/2 (d為晶粒平均直徑)而 間接升高拉伸屈服應(yīng)力S y。從斷裂分析的觀點看,在低碳鋼中有兩種含碳量范圍的鋼, 其性 能令人關(guān)注。一是,含碳量在0.03%以下,碳以珠光體球結(jié)的形式存 在,對鋼的韌性影響較?。欢?,含碳量較高時,以球光體形式直接 影響韌性和夏比曲線。.處理工藝的影響實踐得知,水淬火鋼的沖擊性能優(yōu)于退火或正火鋼的沖擊性能, 原因在于快冷阻止了滲碳體在晶界形成,并促使鐵素體晶粒變細(xì)。許多鋼材是在熱軋狀態(tài)下銷售,軋制條件對沖擊性能有很大影 響。較低的終軋溫度會降

6、低沖擊轉(zhuǎn)變溫度, 增大冷卻速度和促使鐵素 體晶粒變細(xì),從而提高鋼材韌性。厚板因冷卻速度比薄板慢,鐵素體 晶粒比薄板粗大。所以,在同樣的熱處理條件下厚板比薄板更脆性。 因此,熱軋后常用正火處理以改善鋼板性能。熱軋也可生產(chǎn)各向異性鋼和各種混合組織、 珠光體帶、夾雜晶界 與軋制方向一致的定向韌性鋼。珠光體帶和拉長后的夾雜粗大分散成 鱗片狀,對夏比轉(zhuǎn)變溫度范圍低溫處的缺口韌性有很大影響。.鐵素體-可溶合金元素的影響絕大多數(shù)合金元素加入低碳鋼,是為了生產(chǎn)在某些環(huán)境溫度下的 固溶體硬化鋼,提高晶格摩擦應(yīng)力 Si。但目前還不能僅用公式預(yù)測 較低屈服應(yīng)力,除非已知晶粒尺寸。雖然屈服應(yīng)力的決定因素是正火 溫度和

7、冷卻速度,然而這種研究方法仍很重要,因為可以通過提高Si 預(yù)測單個合金元素可降低韌性的范圍。鐵素體鋼的無塑性轉(zhuǎn)變(NDT溫度和夏比轉(zhuǎn)變溫度的回歸分析至今尚無報導(dǎo),然而這些也僅限于加入單個合金元素對韌性影響的定 性討論。以下就幾種合金元素對鋼性能的影響作簡要介紹。1)鎰。絕大多數(shù)的鎰含量約為0.5%。作為脫氧劑或固硫劑加入 可防止鋼的熱裂。在低碳鋼中還有以下作用。含碳量0.05%鋼,空冷或爐冷后有降低晶粒邊界滲碳體薄膜 形成的趨勢??缮詼p小鐵素體晶粒尺寸??僧a(chǎn)生大量而細(xì)小的珠光體顆粒。前兩種作用說明ND福度隨著鎰量的增加而降低,后兩種作用會 引起夏比曲線峰值更尖。鋼含碳量較高時,鎰能顯著降低約

8、50%專變溫度。其原因可能是 因珠光體量多,而不是滲碳體在邊界的分布。必須注意的是,如果鋼 的含碳量高于0.15%,高鎰含量對正火鋼的沖擊性能影響起到了決定 性作用。因為鋼的高淬透性引起奧氏體轉(zhuǎn)變成脆性的上貝氏體,而不是鐵素體或珠光體。2)銀。加入鋼中的作用似鎰,可改善鐵-碳合金韌性。其作用大 小取決于含碳量和熱處理。在含碳量(約 0.02%)很低的鋼中,加入 量達到2啾能防止熱軋態(tài)和正火鋼晶界滲碳體的形成,同時實質(zhì)降 低開始轉(zhuǎn)變溫度TS,升高夏比沖擊曲線峰值。進一步增加銀含量,改善沖擊韌性效果則降低。如果這時含碳量 低至正火后無碳化物出現(xiàn)時,銀對轉(zhuǎn)變溫度的影響將變得很有限。 在 含碳約0.1

9、0%的正火鋼中加入銀,最大的好處是細(xì)化晶粒和降低游離 氮含量,但其機理目前尚不清楚??赡苁怯捎阪?zhèn)作為奧氏體的穩(wěn)定劑 從而降低了奧氏體分解的溫度。3)磷。在純凈的鐵-磷合金中,由于鐵素體晶界會發(fā)生磷偏析降 低了抗拉強度Rm而使晶粒之間脆化。此外,由于磷還是鐵素體的穩(wěn) 定劑。所以,加入鋼中將大大增加 Si值和鐵素體晶粒尺寸。這些作 用的綜合將使磷成為極其有害的脆化劑,發(fā)生穿晶斷裂。4)硅。鋼中加硅是為了脫氧,同時有益于提高沖擊性能。如果 鋼中同時存在鎰和鋁,大部分硅在鐵素體中溶解,同時通過固溶化硬 化作用提高Si。這種作用與加入硅提高沖擊性能綜合的結(jié)果是,在 穩(wěn)定晶粒尺寸的鐵-碳合金中按重量百分比

10、加入硅,使 50%專變溫度 升高約44 Co止匕外,硅與磷相似,是鐵素鐵的穩(wěn)定劑,能促進鐵素 體晶粒長大。按重量百分?jǐn)?shù)計,硅加入正火鋼中將提高平均能量轉(zhuǎn)換 溫度約60 Co5)鋁。以合金和脫氧劑的作用加入鋼中有以下兩方面的原因: 第一,與溶體中的氮生成 AlN,去除游離氮;第二,AlN的形成細(xì)化 了鐵素體晶粒。這兩種作用的結(jié)果是,每增加0.1%的鋁,將使轉(zhuǎn)變溫度降低約40Co然而,當(dāng)鋁的加入量超過了需要,“固化”游離 氮的作用將變?nèi)酢?)氧。鋼中的氧會在晶界產(chǎn)生偏析導(dǎo)致鐵合金晶間斷裂。鋼中 氧含量高至0.01%,斷裂就會沿著脆化晶粒的晶界產(chǎn)生的連續(xù)通道發(fā) 生。即使鋼中含氧量很低,也會使裂紋在晶

11、界集中成核,然后穿晶擴 散。解決氧脆化問題的方法是,可加入脫氧劑碳、鎰、硅、鋁和錯, 使其和氧結(jié)合生成氧化物顆粒,而將氧從晶界去除。氧化物顆粒也是 延遲鐵素體生長和提高d-/2的有利物質(zhì)。.含碳量在0.3%0.8%的影響亞共析鋼的含碳量在 0.3%0.8%,先共析鐵素體是連續(xù)相并首 先在奧氏體晶界形成。珠光體在奧氏體晶粒內(nèi)形成,同時占顯微組織 的35%- 100%止匕外,還有多種聚集組織在每一個奧氏體晶粒內(nèi)形成, 使珠光體成為多晶體。由于珠光體強度比先共析鐵素體高,所以限制了鐵素體的流動, 從而使鋼的屈服強度和應(yīng)變硬化率隨著珠光體含碳量的增加而增加。 限制作用隨硬化塊數(shù)量增加,珠光體對先共析晶

12、粒尺寸的細(xì)化而增 強。鋼中有大量珠光體時,形變過程中會在低溫和 /或高應(yīng)變率時形 成微型解理裂紋。雖然也有某些內(nèi)部聚集組織斷面, 但斷裂通道最初 還是沿著解理面穿行。所以,在鐵素體片之間、相鄰聚集組織中的鐵 素體晶粒內(nèi)有某些擇優(yōu)取向。.貝氏體鋼斷裂在含碳量為0.10%勺低碳鋼中加入0.05%f目和硼可優(yōu)化通常發(fā)生在700850c奧氏體-鐵素體轉(zhuǎn)變,且不影響其后在450c和675c 時奧氏體-貝氏體轉(zhuǎn)變的動力學(xué)條件。在大約525675c之間形成的貝氏體,通常稱為“上貝氏體”;在450525c之間形成的稱為“下貝氏體”。兩種組織均由針狀鐵 素體和分散的碳化物組成。當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度從 675c降至450c

13、時,未回 火貝氏體的抗拉強度會從 585Mp界高至1170MPa因為轉(zhuǎn)變溫度由合金元素含量決定,并間接影響屈服和抗拉強度。這些鋼獲得的高強度是以下兩種作用的結(jié)果:1)當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度降低時,貝氏體鐵素體片尺寸不斷細(xì)化。2)在下貝氏體內(nèi)精細(xì)的碳化物不斷分散。 這些鋼的斷口特征在 很大程度上取決于抗拉強度和轉(zhuǎn)變溫度。有兩種作用要注意:第一,一定的抗拉強度級別,回火下貝氏體 的夏比沖擊性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于未回火的上貝氏體。原因是在上貝氏體中, 球光體內(nèi)的解理小平面切割了若干貝氏體晶粒, 決定斷裂的主要尺寸 是奧氏體晶粒尺寸。在下貝氏體中,針狀鐵素體內(nèi)的解理面未排成一直線, 因此決定 準(zhǔn)解理斷裂面是否斷裂的主要特征

14、是針狀鐵素體晶粒尺寸。 因為這里 的針狀鐵素體晶粒尺寸僅為上貝氏體中的奧氏體晶粒尺寸的 1/2。所 以,在同一強度級別,下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度比上貝氏體低許多。除了上面的原因之外是碳化物分布。在上貝氏體中碳化物位于晶 界沿線,并通過降低抗拉強度 Rm增加脆性。在回火的下貝氏體中, 碳化物非常均勻地分布的鐵素體中,同時通過限制解理裂紋以提高抗拉強度并促進球化珠光體細(xì)化第二,要注意的是未回火合金中轉(zhuǎn)變溫度與抗拉強度的變化。在上貝氏體中,轉(zhuǎn)變溫度的降低會使針狀鐵素體尺寸細(xì)化同時升高延伸 強度Rp0.2。在下貝氏體中,為獲得830Mp或更高的抗拉強度,也可通過降 低轉(zhuǎn)變溫度提高強度的方法實現(xiàn)。 然而,因為上

15、貝氏體的斷口應(yīng)力取 決于奧氏體晶粒尺寸,而此時的碳化物顆粒尺寸已經(jīng)很大, 因此通過 回火提高抗拉強度的作用很小。6.馬氏體鋼斷裂碳或其它元素加入鋼中可延遲奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體和珠光體或 貝氏體,同時奧氏體化后如果冷卻速度足夠快, 通過剪切工藝奧氏體 會變成馬氏體而不需進行原子擴散。理想的馬氏體斷裂應(yīng)具有以下特征。因為轉(zhuǎn)變溫度很低(200c或更低),四面體鐵素體或針狀馬 氏體非常細(xì)。因為通過剪切發(fā)生轉(zhuǎn)變,奧氏體中的碳原子來不及擴散出晶 體,使鐵素體中的碳原子飽和從而使馬氏體晶粒拉長導(dǎo)致晶格膨脹。發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變要超過一定的溫度范圍,因為初始生成的馬 氏體片給以后的奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體增加阻力。所以,轉(zhuǎn)

16、變后的結(jié)構(gòu)是馬氏體和殘余奧氏體的混合結(jié)構(gòu)。為了保證鋼的性能穩(wěn)定,必須進行回火。高碳(0.3%以上)馬氏體,在以下范圍內(nèi)回火約1h,經(jīng)歷以下三個階段1)溫度達到約100c時,馬氏體某些過飽和碳沉淀并形成非常 細(xì)小的碳化物顆粒,分散于馬氏體中而降低碳含量。2)溫度在100300c之間,任何殘余奧氏體都可能轉(zhuǎn)變成貝 氏體和-碳化物。3)在第3階段回火中,大約200c起取決于碳含量和合金成分。當(dāng)回火溫度升至共析溫度,碳化物沉淀變粗同時 Rp0.2降低。7,中強度鋼(620MPaRp0.21240MPa斷裂高強鋼可通過以下方法進行生產(chǎn): 淬火和回火;淬火和回火前奧 氏體變形;退火和時效生產(chǎn)沉淀硬化鋼。止

17、匕外,還可通過應(yīng)變和再回 火或回火期應(yīng)變,都可進一步提高鋼的強度。.不銹鋼斷裂不銹鋼主要由鐵-銘、鐵-銘-銀合金和其它改善力學(xué)性能與抗蝕 能力的元素組成。不銹鋼防蝕是因為在金屬表面生成了可防止進一步 氧化的銘氧化物一不可滲透層。因此,不銹鋼在氧化氣氛中能防止腐蝕并使銘氧化物層得到強 化。但在還原氣氛中,銘氧化層受到損害??刮g性隨著銘、銀含量增 加而增加。銀可全面提升鐵的鈍化性。增加碳是為了改善力學(xué)性能和保證奧氏體不銹鋼性能的穩(wěn)定。一般說來,不銹鋼利用顯微組織進行分類。馬氏體不銹鋼。屬于鐵-銘合金,可進行奧氏體化和后序熱處 理生成馬氏體。通常含銘12%含碳0.15%。鐵素體不銹鋼。含銘約14%-

18、 18%碳0.12%。因為銘是鐵素 體的穩(wěn)定劑,奧氏體相被超過13%勺銘徹底抑制,因而是完全的鐵素 體相。奧氏體不銹鋼。銀是奧氏體的強穩(wěn)定劑,因此,在室溫、低 于室溫或高溫狀態(tài)下,銀含量為 8%銘含量為18% (300型)能使奧 氏體相非常穩(wěn)定。奧氏體不銹鋼類似于鐵素體型,不能通過馬氏體轉(zhuǎn)變而硬化鐵素體和馬氏體不銹鋼特征,如晶粒尺寸等與同級別的其它鐵素 體鋼和馬氏體鋼相似。奧氏體不銹系FCC吉構(gòu),在冷凍溫度下都不可能解理斷裂。 大型 件冷軋80%B, 310型不銹鋼有極高的屈服強度和缺口敏感性,甚至 在溫度低至-253 C還具有1.0的缺口敏感性比。因此,可用于導(dǎo)彈系 統(tǒng)的液氫貯存箱。相似的301型不銹鋼可用于溫度低至183c的液氧 貯存箱。但在這些溫度以下是不穩(wěn)定的,如發(fā)生任何塑性變形,不穩(wěn) 定的奧氏體都會變成脆性的非回火馬氏體。 絕大多數(shù)奧氏體鋼用于防 腐環(huán)境,被加熱至

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