金属功能材料

北京科技大学金属材料学实验报告思考题

回火的过程实际上就是马氏体分解的过程,也是过饱和固溶的碳从α-Fe中脱溶并形成碳化物的过程。回火温度越高,马氏体分解越充分,分解产物的长大越充分。在回火过程中,回火温度--回火组织--钢的性能之间存在着一一对应关系。回火温度越高,钢的硬度越低。

在150-250之间的回火称为低温回火,回火后的组织称为回火马氏体;

在350-500之间进行的回火称为中温回火,回火后的组织称为回火屈氏体

在500-650之间进行的回火称为高温回火,回火后的组织称为回火索氏体

可以看出,回火之后,α-Fe中固溶的碳明显减少,使得碳固溶强化的作用大大减弱,反映到硬度上,就是随着回火温度升高,一般硬度都会下降。

淬火温度对组织和性能的影响:

根据45钢

“晶粒粗大马氏体,1000摄氏度,水淬,59.1”、

“晶粒细小马氏体,860,水淬,57.1”、

“铁素体+马氏体,770,水淬,46.2”;

40CrNi

“晶粒粗大马氏体,1000摄氏度,油淬,40.6”、

“晶粒细小马氏体,860,油淬,50.9”、

T8

“晶粒粗大马氏体,1000摄氏度,水淬,66.2”、

“晶粒细小马氏体,860,水淬,57.3”、

可以得到如下结论:

高温淬火得到粗晶马氏体,低温淬火得到细晶马氏体,而温度在铁素体与奥氏体两相区的淬火得到铁素体+马氏体双相组织。在Ac3线以上,在保温时间相同的情况下,温度越高,得到的马氏体的晶粒越粗大。这是因为淬火温度越高,奥氏体晶粒长大的越快,因此在淬火的时候获得的马氏体晶粒也就越粗大。另外,尽管45钢和T8钢均表现出淬火温度越高,钢的硬度越高,但是本人对这一现象持怀疑态度。所谓金属硬度小,也就是硬度测试仪的压头容易压入金属,即金属容易发生塑性变形。塑性变形本质上是金属中的位错运动导致的。而晶界等会阻挡位错的运动。晶粒越小,同样大小的一块材料中,晶界就越多,对位错运动的阻碍就越大,材料形变的阻力就越大,宏观上就是硬度高。因此我对45钢、T8钢实验数据所显示出来的马氏体晶粒越粗大,硬度越高持怀疑态度。

当淬火温度在两相区的时候,由于出现铁素体,因此硬度会低于细晶马氏体组织。

淬火介质对组织和性能的影响:

根据45钢

“晶粒细小马氏体,860,水淬,57.1”,

“屈氏体网+马氏体,860,油淬,29.5”

T8钢

“晶粒细小马氏体,770,水淬,57.3”

“屈氏体网+马氏体,770,油淬,38.9”

可得到如下结论:

淬火介质不同,冷却速度不同,这样在过冷奥氏体连续冷却转变图中,水淬和油淬的冷却曲线与图中不同组织区域相交情况就会不同。对于水淬而言,由于其冷速快,因此奥氏体全部转变成马氏体,而对于油淬而言,其冷却速度慢,与屈氏体区域相交,这样先形成屈氏体,剩下的奥氏体便一起转变成了马氏体。因此淬火介质通过控制冷却速度从而控制组织的转变形成。由于一部分奥氏体转变成了屈氏体,因此通过油淬的试样的硬度小一些,由此可以得到当淬火温度,时间相同时,淬火介质的导热性越差,那么得到的试样的硬度越低。

分析合金元素对淬透性,回火稳定性的影响。

通过40CrNi和45号钢进行比较可知,前者通过油淬即可淬透,而后者则需要冷却速度更快的水淬。从临界淬透直径也可以看出这一点:45钢在静油中的淬火临界直径为10mm,在20水中的淬火临界直径为20mm,而试样的直径为15mm,因此,需要淬透必须使用水淬。而40CrNi在静油中的淬火临界直径为24mm,在20水中的淬火临界直径为41mm,使用油淬完全可以淬透。因此可以得到添加大部分合金元素可以提高钢的淬透性。

在淬火过程中,合金元素或固熔或形成碳化物,起到稳定奥氏体作用,从材料等温转变曲线来讲,即C曲线向右移动,材料发生马氏体转变的温度区间增大,转变时间增长,从而使奥氏体转变为马氏体的转变率越高,即有效淬硬深度(淬透性)增加.

所谓回火稳定性,是指淬火钢在回火时,抵抗强度、硬度下降的能力称为回火稳定性。从数据以及24、40CrNi、T8硬度随回火温度的变化曲线可以分析得到:40CrNi在进行回火时,硬度随回火温度升高而降低的趋势是最弱的。由此可以得到添加大部分合金元素可以提高合金的回火稳定性。其原因如下:合金元素会滞缓马氏体的分解,阻碍碳化物的聚集长大,形成坚硬的碳化物,使淬火钢回火时变得更为稳定,其硬度不易随回火温度的升高而降低。

而且从硬度方面也可知道并没有得到要求的组织。根据已知数据可以知道,当40CrNi在820-840油淬得到马氏体组织的硬度应该大于53,但是本人的试样的硬度却是53.2,如果是铁素体+马氏体组织,那么硬度会低于53.这说明得到的组织里马氏体占据了绝大部分。这可能与实验中实际的热处理与理论的热处理制度出现偏差有关。在实际试验中,炉子的温度设置成了770,而理论的热处理制度的温度为761,并且40CrNi的Ac3便是769,实际保温

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