球化退火工藝-方法很多

球化退火工藝方法很多，最常用的兩種工藝是普通球化退火和等溫球化退火。普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫適當時間，然后隨爐緩慢冷卻，冷到500℃左右出爐空冷。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進行等溫，等溫時間為其加熱保溫時間的1.5倍。等溫后隨爐冷至500℃左右出爐空冷。和普通球化退火相比，等溫球化退火不僅可縮短周期，而且可使球化組織均勻，并能嚴格地控制退火后的硬度。球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具，模具所用的鋼種）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準備。這種工藝有利于塑性加工和切削加工，還能提高機械韌性。尤其對于軸承鋼、工具鋼等鋼種而言，如在淬火前實施球化退火，即可獲得下列效果：硬度分為：①劃痕硬度。主要用于比較不同礦物的軟硬程度，方法是選一根一端硬一端軟的棒，將被測材料沿棒劃過，根據(jù)出現(xiàn)劃痕的位置確定被測材料的軟硬。定性地說，硬物體劃出的劃痕長，軟物體劃出的劃痕短。②壓入硬度。主要用于金屬材料，方法是用一定的載荷將規(guī)定的壓頭壓入被測材料，以材料表面局部塑性變形的大小比較被測材料的軟硬。由于壓頭、載荷以及載荷持續(xù)時間的不同，壓入硬度有多種，主要是布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等幾種。③回跳硬度。主要用于金屬材料，方法是使一特制的小錘從一定高度自由下落沖擊被測材料的試樣，并以試樣在沖擊過程中儲存（繼而釋放）應(yīng)變能的多少（通過小錘的回跳高度測定）確定材料的硬度。2硬度分類劃痕硬度1722年，法國的R．-A．F．de列奧米爾首先提出了極粗糙的劃痕硬度測定法。此法是以適當?shù)牧κ贡缓筒牧显谝桓梢欢擞矟u變到另一端軟的金屬棒上劃過，根據(jù)棒上出現(xiàn)劃痕的位置確定被測材料的硬度。1822年，F(xiàn)．莫斯以十種礦物的劃痕硬度作為標準，定出十個硬度等級，稱為莫氏硬度。十種礦物的莫氏硬度級依次為：金剛石（10），剛玉（9），黃玉（8），石英（7），長石（6），磷灰石（5），螢石（4），方解石（3），石膏（2），滑石（1）。其中金剛石最硬，滑石最軟。莫氏硬度標準是隨意定出的，不能精確地用于確定材料的硬度，例如10級和9級之間的實際硬度差就遠大于2級和1級之間的實際硬度差。但這種分級對于礦物學工作者野外作業(yè)是很有用的。壓入硬度用一定的載荷將規(guī)定的壓頭壓入被測材料，根據(jù)材料表面局部塑性變形的程度比較被測材料的軟硬，材料越硬，塑性變形越小。壓入硬度在工程技術(shù)中有廣泛的用途。壓頭有多種，如一定直徑的鋼球、金剛石圓錐、金剛石四棱錐等。載荷范圍為幾克力至幾噸力（即幾十毫牛頓至幾萬牛頓）。壓入硬度對載荷作用于被測材料表面的持續(xù)時間也有規(guī)定。主要的壓入硬度有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等。洛氏硬度這種硬度測定法是美國的S．P．洛克韋爾于1919年提出的，它基本上克服了布氏測定法的上述不足。洛氏硬度所采用的壓頭是錐角為120°的金剛石圓錐或直徑為1/16英寸（1英寸等于25.4毫米）的鋼球，并用壓痕深度作為標定硬度值的依據(jù)。測量時，總載荷分初載荷和主載荷（總載荷減去初載荷）兩次施加，初載荷一般選用10千克力，加至總載荷后卸去主載荷，并以這時的壓痕深度來衡量材料的硬度。洛氏硬度記為HR，所測數(shù)值寫在HB后，洛氏硬度值計算公式為：式中h表示塑性變形壓痕深度（毫米）；k是規(guī)定的常量；分母中的0.002（毫米）是每洛氏硬度單位對應(yīng)的壓痕深度。對應(yīng)于金剛石圓錐壓頭的k=0.20（毫米），對應(yīng)于鋼球壓頭的k=0.26（毫米）。為了適應(yīng)極寬闊的測量范圍，可采用改變載荷和更換壓頭兩種辦法。不同的載荷和壓頭組成不同的洛氏硬度標尺，常用的標尺有A、B、C三種。標尺B用于中等硬度的金屬材料，如退火的低碳鋼和中碳鋼、黃銅、青銅和硬鋁合金；壓頭為直徑1/16英寸的鋼球；載荷為100千克力。其標尺范圍是由HRB0到HRB100，硬度高于HRB100時鋼球可能被壓扁。標尺C用于硬度高于HRB100的材料，如淬火鋼、各種淬火和回火合金鋼。壓頭為頂角120°的金剛石圓錐；載荷為150千克力。標尺C的使用范圍是從HRC20到HRC70，標尺B和C是洛氏硬度的標準標尺。標尺A用于鎢、硬質(zhì)合金及其他硬材料，還用于淬硬的薄鋼帶。由于大載荷容易損壞金剛石壓頭，所以載荷改為60千克力。標尺A是所有洛氏硬度標尺中唯一能在退火黃銅直到硬質(zhì)合金這樣廣闊的硬度范圍內(nèi)使用的標尺。洛氏硬度試驗采用三種試驗力，三種壓頭，它們共有9種組合，對應(yīng)于洛氏硬度的9個標尺。這9個標尺的應(yīng)用涵蓋了幾乎所有常用的金屬材料。最常用標尺是HRC、HRB和HRF，其中HRC標尺用于測試淬火鋼、回火鋼、調(diào)質(zhì)鋼和部分不銹鋼。這是金屬加工行業(yè)應(yīng)用最多的硬度試驗方法。HRB標尺用于測試各種退火鋼、正火鋼、軟鋼、部分不銹鋼及較硬的銅合金。HRF標尺用于測試純銅、較軟的銅合金和硬鋁合金。HRA標尺盡管也可用于大多數(shù)黑色金屬，但是實際應(yīng)用上一般只限于測試硬質(zhì)合金和薄硬鋼帶材料。表面洛氏硬度試驗采用三種試驗力，兩種壓頭，它們有6種組合，對應(yīng)于表面洛氏硬度的6個標尺。表面洛氏硬度試驗是對洛氏硬度試驗的一種補充，在采用洛氏硬度試驗時，當遇到材料較薄，試樣較小，表面硬化層較淺或測試表面鍍覆層時，就應(yīng)改用表面洛氏硬度試驗。這時采用與洛氏硬度試驗相同的壓頭，采用只有洛氏硬度試驗幾分之一大小的試驗力，就可以在上述試樣上得到有效的硬度試驗結(jié)果。表面洛氏硬度的N標尺適用于類似洛氏硬度的HRC、HRA和HRD測試的材料；T標尺適用于類似洛氏硬度的HRB、HRF和HRG測試的材料。HRC標尺的使用范圍是20~70HRC，當硬度值小于20HRC時，因為壓頭的圓錐部分壓入太多，靈敏度下降，這時應(yīng)改用HRB標尺。盡管HRC標尺被規(guī)定的上限值為70HRC，但是當試樣硬度大于67HRC時，壓頭尖端承受的壓力過大，金剛石容易損壞，壓頭壽命會大大縮短，因此一般應(yīng)改用HRA標尺。HRA標尺的使用范圍是20-88HRA，由美國標準ASTME140可以獲得以下?lián)Q算關(guān)系：27HRA≈30HRB60HRA≈100HRB≈20HRC85.6HRA≈68HRC可見，HRA標尺的測試范圍涵蓋了從軟鋼（HRB）、硬鋼（HRC）到硬質(zhì)合金的硬度范圍。然而，事實上HRA標尺很少用于測試軟鋼，主要用于測試薄硬鋼板、深層滲碳鋼和硬質(zhì)合金。在硬質(zhì)合金方面，由于技術(shù)進步，有些材料硬度已達到93-94HRA，這已超出標準規(guī)定。工程上超出HRA高端的測量范圍已成為慣例。HRA標尺有一個特殊用途。在使用洛氏硬度計測試鋼試樣時，如果不知試樣是軟鋼還是硬鋼，可先用HRA標尺試測一下，當硬度值小于60HRA時可改用HRB標尺，當硬度值大于60HRA時可改用HRC標尺。HRB標尺的使用范圍是20~100HRB，當硬度值低于20HRB時，由于鋼球的壓入深度過大，金屬蠕變加劇，試樣在試驗力作用下的變形時間延長，測試值準確度降低，此時應(yīng)改用HRF標尺。當硬度值大于100HRB時，因為鋼球壓入深度過淺，靈敏度降低，精度下降，此時應(yīng)改用HRC標尺。在使用HRB標尺測試鋼試樣時，一個特別值得注意的地方是：當預(yù)先不知道試樣是軟鋼還是硬鋼時，決不可使用HRB標尺做測試，因為用鋼球壓頭誤測了淬火鋼，鋼球就可能會變形，鋼球壓頭就會損壞，這是鋼球壓頭損壞的主要原因。遇到這種情況時應(yīng)先用金剛石壓頭，用HRA標尺測試一下，再決定是用HRB還是用HRC。HRF標尺的使用范圍是60~100HRF。HRF標尺是國外使用較多的一個標尺，它是測試純銅和較軟的銅合金材料很好的檢測手段。但是在我國，也存在標準硬度塊短缺的問題，它的應(yīng)用也受到了限制。HRG標尺適用于HRB值接近100的材料，對于鈹青銅、磷青銅、可鍛鑄鐵這些硬度范圍介于HRB標尺的高端和HRC標尺低端的材料，如果改用HRG標尺，就可以大大改善測試的靈敏度，提高測試精度。其他1.HRC含意是洛氏硬度C標尺，2.HRC和HB在生產(chǎn)中的應(yīng)用都很廣泛3.HRC適用范圍HRC20－－67，相當于HB225－－650若硬度高于此范圍則用洛氏硬度A標尺HRA。若硬度低于此范圍則用洛氏硬度B標尺HRB。布氏硬度上限值HB650,不能高于此值。4.洛氏硬度計C標尺之壓頭為頂角120度的金剛石圓錐，試驗載荷為一確定值，中國標準是150公斤力。布氏硬度計之壓頭為淬硬鋼球（HBS)或硬質(zhì)合金球（HBW），試驗載荷隨球直徑不同而不同，從3000到31.25公斤力。5.洛氏硬度壓痕很小，測量值有局部性，須測數(shù)點求平均值，適用成品和薄片，歸于無損檢測一類。布氏硬度壓痕較大，測量值準，不適用成品和薄片，一般不歸于無損檢測一類。6.洛氏硬度的硬度值是一無名數(shù)，沒有單位。（因此習慣稱洛氏硬度為多少度是不正確的。）布氏硬度的硬度值有單位，且和抗拉強度有一定的近似關(guān)系。7.洛氏硬度直接在表盤上顯示、也可以數(shù)字顯示，操作方便，快捷直觀，適用于大量生產(chǎn)中。布氏硬度需要用顯微鏡測量壓痕直徑，然后查表或計算，操作較繁瑣。8.在一定條件下，HB與HRC可以查表互換。其心算公式可大概記為：1HRC≈10HB。布氏硬度布氏硬度是瑞典工程師J．A．布里涅耳于1900年提出的。它在工程技術(shù)特別是機械和冶金工業(yè)中廣泛使用。布氏硬度的測量方法是用規(guī)定大小的載荷P，把直徑為D的鋼球壓入被測材料表面，持續(xù)規(guī)定的時間后卸載，用載荷值（千克力，1千克力等于9.80665牛頓）和壓痕面積（平方毫米）之比定義硬度值。布氏硬度HB的計算式為：式中d為壓痕的直徑。1908年德國的E．邁耶爾指出，若要使不同直徑的鋼球在同一材料上測得同樣的硬度，就需要改變載荷值，使壓痕保持幾何相似，相似條件為：式中P1、D1和P2、D2分別為兩組測量條件中的載荷值和鋼球直徑。若D=10毫米，P=3000千克力，載荷持續(xù)時間10秒，則硬度數(shù)可直接寫在布氏硬度符號后面，例如HB250。若是其他測定條件，則應(yīng)將條件用小號字寫在布氏硬度符號后面，例如，HB5/250/30100表示在D=5毫米、P=250千克力、載荷持續(xù)時間為30秒的條件下測得布氏硬度數(shù)為100。布氏硬度測定法只能在硬度不高于HB450的情況下使用。因為太硬的材料會使鋼球明顯變形。布氏硬度測定法比較費時。為了在測定時得到清晰的壓痕，試樣必須經(jīng)過表面準備和打磨等處理。在制作完畢的機械零件上作布氏硬度測定，會由于壓痕過大影響零件的正常裝配和使用性能。因此布氏硬度測定法不適于檢測大批量生產(chǎn)的零件。布氏硬度(HB)一般用于材料較軟的時候，如有色金屬、熱處理之前或退火后的鋼鐵。洛氏硬度(HRC)一般用于硬度較高的材料，如熱處理后的硬度等等。布氏硬度(HB)是以一定大小的試驗載荷，將一定直徑的淬硬鋼球或硬質(zhì)合金球壓入被測金屬表面，保持規(guī)定時間，然后卸荷，測量被測表面壓痕直徑。布氏硬度值是載荷除以壓痕球形表面積所得的商。一般為：以一定的載荷將一定大小的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時間，去載后，負荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值(HB)，單位為公斤力/mm2(N/mm2)。測試載荷與測試鋼球的直徑需根據(jù)材料的實際性能再確定。標注方法舉例150HBW10/1000/30表示壓頭直徑為10mm的硬質(zhì)合金球，在1000kgf試驗力的作用下，保持30s時測得的布氏硬度值為150維氏硬度維氏硬度試驗方法是英國史密斯（R.L.Smith）和塞德蘭德（C.E.Sandland）于1925年提出的。英國的維克斯—阿姆斯特朗（Vickers-Armstrong）公司試制了第一臺以此方法進行試驗的硬度計。和布氏、洛氏硬度試驗相比，維氏硬度試驗測量范圍較寬，從較軟材料到超硬材料，幾乎涵蓋各種材料。維氏硬度的測定原理基本上和布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積上的載荷來計算硬度值。所不同的是維氏硬度試驗的壓頭是金剛石的正四棱錐體。試驗時，在一定載荷的作用下，試樣表面上壓出一個四方錐形的壓痕，測量壓痕對角線長度，除以計算壓痕的表面積，載荷除以表面積的數(shù)值就是試樣的硬度值，用符號HV表示。主要用于確定鋼的表面滲氮硬化程度。維氏硬度測量法所用的壓頭是金剛石正四棱錐（圖1），它的兩相對面間的夾角為136°，載荷有5、10，20、30、50、100千克力等幾種，用壓出的四棱錐壓痕表面積除載荷所得的值作為維氏硬度值，記為HV，即式中P為載荷；S為壓痕對角線長度（毫米）；為四棱錐壓頭兩相對面間夾角，=136°。用于測定上述硬度的儀器以英國維克斯-阿姆斯特朗公司制造的應(yīng)用較廣，故得名為維氏硬度。顯微硬度主要用于確定很薄的材料、細金屬絲、小型精密零件（如鐘表和儀表零件）的硬度，測定淬硬表面的硬度變化率，研究小面積內(nèi)硬度的變化以及在金相學中研究金屬中不同相體的硬度等。測量方法與維氏硬度基本相同，但載荷很小，以克力計數(shù)；壓痕的特征尺寸也很小，需要用讀數(shù)顯微鏡測出，故得名。1939年，英國國家標準局決定采用F．努普、C．G．彼得斯和W．B．埃默森提出的菱形金剛石四棱錐壓頭（稱為努普壓頭，見圖2）。其壓痕長對角線L和短對角線長度W之比大約為7:1，壓痕深度約為L的1/30，故在壓痕較淺的情況下也能較精確地測出長對角線的長度。用努普壓頭測定的顯微硬度數(shù)又稱努普硬度數(shù)。在顯微硬度測定中也允許使用普通的136°金剛石正四棱錐壓頭[1]。顯微硬度的符號以HM表示，若用努普壓頭，則努普硬度數(shù)為：式中P以千克力為單位；L表示菱形壓痕的長對角線長度（毫米）；CP是一個常數(shù)，其值與L和壓痕投影面積之比有關(guān)。若用136°正四棱錐壓頭，則式中P為載荷，常用的載荷有2、5、10、50、100、200克力等幾種；S為正方形壓痕的對角線長度，以微米為單位，由顯微硬度計上的讀數(shù)顯微鏡測出。里氏硬度里氏硬度是以HL表示，里氏硬度測試技術(shù)是由瑞士狄爾馬，里伯博士發(fā)明的，它是用一定質(zhì)量的裝有碳化鎢球頭的沖擊體，在一定力的作用下沖擊試件表面，然后反彈。由于材料硬度不同，撞擊后的反彈速度也不同。在沖擊裝置上安裝有永磁材料，當沖擊體上下運動時，其外圍線圈便感應(yīng)出與速度成正比的電磁信號，再通過電子線路轉(zhuǎn)換成里氏硬度值。標注方法舉例640HV肖氏硬度也稱回跳硬度，簡稱HS。表示材料硬度的一種標準。由英國人肖爾(AlbertF.Shore)于1906年研究淬火鋼的硬度測定法時提出的。肖氏硬度測定法的測量原理是：用重量為1/12盎司力（1盎司力等于0.2780牛頓）的帶有金剛石圓頭或鋼球的小錘，從10英寸的高度自由落下，使小錘以一定的動能沖擊試樣表面。小錘的部分動能轉(zhuǎn)變成試樣表面塑性變形功而被消耗；另一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥詰?yīng)變能被試樣儲藏。試樣彈性變形恢復(fù)時釋放出能量，使小錘回跳一定高度。被測物越硬則彈性極限越高，儲藏的彈性應(yīng)變能越多，小錘回跳得越高?；靥捕鹊姆柺荋S，它以小錘回跳高度進行分度。回跳硬度數(shù)只能在彈性模量相同的材料之間進行比較，否則就會得出橡皮比鋼更硬的結(jié)論。壓入硬度的測量屬于靜力測定法，而回跳硬度的測量則屬于動力測定法。巴氏硬度巴柯爾(Barcol)硬度(簡稱巴氏硬度),最早由美國Barber-Colman公司提出，是近代國際上廣泛采用的一種硬度門類，一定形狀的硬鋼壓針，在標準彈簧試驗力作用下，壓入試樣表面，用壓針的壓入深度確定材料硬度，定義每壓入0.0076mm為一個巴氏硬度單位。巴氏硬度單位表示為HBa。努氏硬度努氏硬度是作為絕對數(shù)值而測得的硬度，主要在加工方面使用該數(shù)值。一般來說，金剛石的努氏硬度為7000~8000千克/平方毫米韋氏硬度一定形狀的硬鋼壓針，在標準彈簧試驗力作用下壓入試樣表面，用壓針的壓入深度確定材料硬度，定義0.01mm的壓入深度為一個韋氏硬度單位。韋氏硬度單位表示為HW。3硬度測定實踐證明，金屬材料的各種硬度值之間，硬度值與強度值之間具有近似的相應(yīng)關(guān)系。因為硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。壓入法（布氏、洛氏、維氏）測量硬度，硬度值表示材料表面抵抗另一物體壓入時所引起的塑性變形的能力。回跳法（肖氏、里氏）測量硬度，硬度值代表金屬彈性變形功能的大小?？虅澐y量硬度，硬度值表示金屬抵抗表面局部破裂的能力。硬度測定范圍:HS<100HBW3~660HRC20~70，HRA20~88，HRB20~100HR15N70~94，HR30N42~86，HR45N20~77HR15T67~93，HR30T29~82，HR45T10~72HV<4000另外,天然水中的鈣鎂含量也用硬度表示.我國規(guī)定的硬度是:1L水中含的鈣鹽,鎂鹽折合成CaO和MgO的總量相當于10mgCaO(將MgO也換算成CaO)時,其硬度是1°.水的硬度是水質(zhì)的重要指標,通常分為五類:很軟水軟水中硬水硬水很硬水0°～4°4°～8°8°～16°16°～30°>30°4測試種類1.HRA:(洛氏A)用于量測熱處理硬質(zhì)鋼材、氮化物、滲碳冶煉物、軸承鋼、工具鋼及其它軟硬材質(zhì)的硬度測試。2.HK:(Knoop努氏)用于量測較軟材質(zhì)的鋼及非鐵材料之硬度。3.HRC:(RockwellC洛氏)用于量測熱處理鋼材、氮化物、滲碳冶煉物、軸承鋼、工具鋼等。4.HRB:(RockwellB洛氏)用于量測較軟材質(zhì)的鋼及非鐵材料之硬度。5.HR30T:(Rockwell30T洛氏)用于量測較軟材質(zhì)的鋼及非鐵材料之硬度。6.HB5:(Brinell布氏5)用于量測鋁、軟質(zhì)鋁合金、鑄鐵、銅、黃銅等。7.HB30:(Brinell布氏30)用于熱處理鋼、退火深冷處理鋼材、沖拉材料鋼、深沖鋼帶料等。8.HV:(Vickers維氏)適用于量測各類材料。9.R:(Tensilemodule拉伸模數(shù)N/mm2)用于熱處理鋼、退火深冷處理鋼材、沖拉材料鋼、深沖鋼帶料等。10.HR15N:(Rockwell洛氏HR15N)用于量測熱處理硬質(zhì)鋼材、氮化物、滲碳冶煉物、軸承鋼、工具鋼等。5測量方法洛氏硬度：采用測量壓入深度的方式，硬度值可直接讀出，操作簡單快捷，工作效率高。然而由于金剛石壓頭的生產(chǎn)及測量機構(gòu)精度不佳。特點：1.測量迅速簡便，效率高；2.試驗力小，壓痕?。?.可測定各種材料的硬度；4.可測定較薄工件的硬度；5.可測成品；6.測量精度低，需要多次測量取平均值。維氏硬度：代號：HV簡介：維氏硬度英文詞條名：Vickers-hardness表示材料硬度的一種標準。由英國科學家維克斯首先提出。以49.03~980.7N（5kg~10kg）的負荷,將相對面夾角為136°的方錐形金剛石壓入器壓材料表面,保持規(guī)定時間后，用測量壓痕對角線長度，再按公式來計算硬度的大小。它適用于較大工件和較深表面層的硬度測定。維氏硬度尚有小負荷維氏硬度，試驗負荷1.961~<49.03N，它適用于較薄工件、工具表面或鍍層的硬度測定；顯微維氏硬度，試驗負荷<1.961N，適用于金屬箔、極薄表面層的硬度測定。HV-適用于顯微鏡分析。維氏硬度(HV)以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度值(HV)。維氏硬度計算公式為：P為載荷，如10kg。d為壓痕對角線長度(mm)。HV10維氏硬度計測量范圍寬廣，可以測量目前工業(yè)