关于强韧化处理的讨论

dush10321

回复 138# 孤鸿踏雪


    不好意思看成了亚温正火~

dush10321

回复 133# 孤鸿踏雪


    那么等温正火和正常正火的区别是什么呢？

mic2008

跟各位前辈学习，如获至宝。我是半路来做特殊钢销售的，到现在一年时间了，平时一直在学习一些关于热处理方面的知识，在这里学到很多，学习各位前辈了

孤鸿踏雪

回复  孤鸿踏雪


    那么等温正火和正常正火的区别是什么呢？
dush10321 发表于 2011-6-14 20:28

    等温正火  不同文献对等温正火有不同的定义：
   （1）将普通碳钢件加热奥氏体化，加热温度及保温时间与普通正火相同。保温结束后将钢件冷至C曲线鼻尖部（孕育期最短，温度约为550～600℃），等温保持，使过冷奥氏体在此温度范围内转变完毕，得到较细（相对于等温退火而言）的特殊珠光体组织，然后空冷，以获得较好的加工性能及机械性能。等温正火比普通正火所用的工艺时间较长，所得组织较均匀而工件变形较小。
   （2）所谓等温正火，目前更多地应用于汽车零件的低合金渗碳钢，有些中碳结构钢也可采用。该工艺是在相对恒定的温度下完成组织转变的，而普通正火是在空冷过程的一个变温区域完成组织转变。其主要过程是，将钢件加热到奥氏体化温度以上80～150℃，经奥氏体均匀化后，在特定装置中以较为均匀的冷却速度，快速冷却到等温温度（这一温度在奥氏转变最不稳定区，即C曲线鼻尖对应的温度）之后，推入等温炉中进行等温转变，从而获得分布均匀的等轴状珠光体（P）+铁素体（F）组织，随着等温温度的降低，所得珠光体（P）片间距减小，硬度值增高。所以，为获得较高硬度值可采用较低的等温温度。对于选定的材料，为确保金相组织合格，其等温温度存在极值，过低的等温温度易出现异常组织（主要指魏氏组织，贝氏体组织和马氏体组织等非平衡组织），造成金相组织不合格。
   
   正火  将钢件加热到临界点（Ac3或Acm）以上30~50℃或更高温度奥氏体化并保温使之均匀化后在空气（静止或鼓风流动或喷雾）中冷却，以获得细密珠光体组织的过程。也有人叫它正常化处理或常化。
   正火的目的是为了获得细密的珠光体组织和均匀分布的碳化物，这种组织既可加速淬火加热时的奥氏体化，又有提高淬透性的作用，所以常用正火做为淬火前的预处理。

湘寒月

回复 1# 孤鸿踏雪


    金属材料性能优良，价格相对便宜，已经被广泛地应用于各个领域，金属材料所固有的各方面的性能潜力也更多地被人们挖掘出来，发挥作用。在人类使用合金材料的发展史上，人们长期追求的中心目标就是如何达到合金的高强度，随之发展的就是各种强化技术。实践证明，当合金的强度提高时往往伴随其韧性和塑性下降，也就是脆性在加大。如何在提高强度的同时韧性和塑性不降低即强韧性的配合，就是现在讨论的强韧化问题。随着科学技术的飞速发展和社会需求的多样化，提高常用材料强韧性指标是挖掘材料性能潜力的关键。
我们经常用到的性能大多数是发球结构敏感的性能，它们与材料的组织结构、晶粒大小、加工工艺等密切相关。强韧化问题的主要着眼点在于解决强化与韧性这对矛盾，并在一定条件下统一起来。简单地说，强度是在给定条件（温度、压力、应力状态、形变速度和周围介质等条件）下材料达到给定变形量时所需要的应力，或材料发生破坏的应力。强度的来源泉是原子间键合力，取决于元素本质的基本性质。
人们从长期的制造和使用过程中不断地积累经验并进行研究和开发，已经清楚地知道，金属的结构、组织、成分以及对这些因素起决定性作用的工艺这四个相互关联的因素是决定金属材料性能的因素。但根本因素是材料的内部的组织、结构，有什么样的组织结构就有什么样的性能，而工艺往往是针对固定成份的钢种达到想要的力学性能，即得到需要的组织结构。
这里指的结构是广义的，是指构成材料的原子（分子、离子或者原子团）在固体材料内部三维空间的排列方式和组态，例如，体心立方、堆垛层错、位错、晶界等这样一些概念。结构主要取决于原子间结合特性和原子的本质，所以说结构是描述原了级别的三维特征的信息。
组织这个概念，在材料科学领域中有特别重要的意义，因为无数事实证明，成分相同的材料在相同的工作环境下，由于组织不同而表现出截然不同的性能或寿命。组织可以是肉眼观察到的，也可以是放大镜、光学显微镜、扫描电子显微镜或扫描力显微镜观察到的金属截面、断面上的具有足够景深、富有立体感的图像或薄膜试样上观察到的一定厚度试样的立体形态的平面重叠形貌。组织这一概念可以简要地理解为人们研究金属材料时所观察到的形貌或形态。
与上述两个因素相比较，一定成分的材料，可以适当的工艺改变这些因素，或者这些因素中的一部分以达到改变金属材料力学性能的目的。
前面讲到了金属材料的表面强化方法，表面强化与整体强化一样，如何保证强韧性化是发挥强化效果的前提条件，即找出与强化效果相匹配、适合使用条件的最佳工艺。当然最优化的热处理工艺不可能是千篇一律的，同种材料的各项性能都会因热处理方法及其工艺参数的不同而改变，各项性能指标又常常此消彼长。选择合适的热处理工艺参数、获得与工件的使用状况和失效方式相适应的最佳综合性能，才有可能制造出高质量的产品，这就是热处理与表面改性技术的特点、难点和魅力之所在。

湘寒月

回复 6# 冷风


    模具的强韧化和表面处理工艺?

随着工业自动化程度的提高，用模具成型的产品愈来愈多。目前在我国的许多企 业中，模具的使用寿命还比较低，仅相当于国外的1/3-1/5。据统计，由于模具寿命低而造 成的钢材工时和能源浪费，以及对产品质量影响所带来的损失，每年达数十亿人民币。?
实践证明，在模具设计和制造过程中，若能选用恰当的钢材，确定合理的热处理工艺，妥善 安排工艺路线， 对充分发挥材料的潜在性能、减少能耗、降低成本、提高模具的质量和使 用寿命都将起到重大的作用。今后对模具的要求更严格，为了使之寿命更长，对强韧化处理 、表面处理的期待将愈来愈高。?
模具使用寿命与许多因素有关，各种因素在模具失效中所占比例是：?
热处理占52.2%；?
原材料占17.8%；?
使用占10%；?
机械、电加工占8.9%；?
锻造占7.8%；?
设计占3.3%。?
实际使用表明，在模具的全部失效中，由于热处理不当所引起失效居首位。?
一、模具强韧化工艺?
鉴于模具苛刻的工作环境，为提高模具使用寿命，我们要求模具具有优良的整体强韧化性能。此外，还要求模具具有优异的型腔表面性能，在这种情况下出现了对模具整体强韧化的基础上再对其表面进行强化的各种处理。?
我们知道，在一般工艺条件下，往往强度与韧性之间存在着制约关系，材料强度增加，通常 总伴随着材料韧性的降低 。要求高强度的同时，又要求材料有较高的韧性，常常是很困难 的。但是采取强韧化处理的措施，却能使钢的强度和韧性都能得到提高。多次冲击抗力的理 论认为在同一强度水平下，随着冲击韧性增加，多次冲击抗力提高，也就是破断次数N增加 ；强度水平越高，冲韧性对多次冲击抗力所起的作用就越大。因此，在含碳量较高的模具钢 中，采用强韧化处理，在保证模具主强度的条件下，适当提高冲击韧性，使强度和韧性得到 最佳配合，必然有利于进一步提高多次冲击抗力。?
强韧化处理多种多样 ，但归结起来却基本上都是通过下列途径来取得强韧化效果的：充分利用板条马氏体和下贝体组织形态，尽量减少片状马氏体；细化钢的奥氏体晶粒和过剩碳化物，获得马氏体与具有良好塑性的第二相的复合组织；形变热处理。?
1、热作模具钢高温淬火和高温回火：热作模具钢5CrMnMo采用850度加淬火，淬火时马氏体 形态以片状为主，如把淬火温度提高到900度，使奥氏体充分均匀化，消除富碳微区，淬火后可得板条状马氏体，从而提高了钢的回火稳定性，冲击韧性和断裂韧性可大大延长模具寿命。?
2、高温快速短时淬火：于高碳钢模具在快速加热条件下，奥氏体化不均匀，组织中保留未溶碳化物，奥氏体晶粒细小，并使奥氏体中固溶碳和合金元素量减少，提高了Ms点，有利于 板条马氏体的形成，短时加热溶于奥体中的碳量可减少到0.6%以下，阻上了富碳区的形成， 减少了片状马氏体量，提高了韧性，可使模具得到较高强韧性。?
3、高碳高合金钢的低温淬火：采用低温淬火时，奥氏体中碳和合金元素溶解度减少，Ms点 提高，可获得较多的板条状马氏体，且奥氏体晶粒细小，在保证高硬度前提下韧性强度，多冲抗力都有提高，从而有效提高了模具寿命。?
4、形变热处理是把钢的强化与相变强化结合起来的一种强韧化工艺。形变热处理的强韧化本质在于获得细小的奥氏体晶粒、细化马氏体增加了马氏体中位错密度，并形成胞状亚结构 ，同时促进碳化物的弥散硬化作用。?
二、模具表面处理工艺?
模具表面处理工艺主要有气体氮化法、离子氮化法、电火花表面强化法、渗硼法 、TD法、PVD法、饺硬铬法、激光表面强化法、堆焊法等离子喷涂法等等。?
1、气体氮化时，氮在氮化温度分解后产生活性氮原子(2NH33H2+2［N］)为金属表面 吸收渗入钢中，并且不断自表面向内扩散，形成氮化层，经氮化处理后，表面硬度可达HV95 0-1200，并能使模具具有很高的红硬性和高的疲劳强度，并提高了模具表面光洁度和抗咬合 能力。?
2、离子氮化法是将待处理的模具放在真空容器中，充以一 定的压力的含氮气体(如氮或氮、氢混合气)然后以被处理模具作阴极，以真空容器的罩壁作为 阳极，在阴阳极之间加上400-600伏的直流电压，阴阳极间便产生辉光放电，容器里的气体被电离，在空间产生大量的电子与离子。在电场的作用下，正离子冲向阴极，以很高速度轰击模具表面，将模具加热。高能正离子冲入模具表面，获得电子，变成氮原子被模具表面吸收，并向内扩散形成氮化层，离子氮化可提高模具耐磨性和疲劳强度。?
3、电火花表面强化是直接利用电能的高能量密度对表面进行强化处理的工艺。它是通过火 花放电的作用， 把作为电极的导电材料溶渗进金属工作的表层，从而形成合金化的表面强 化层，使工作表面的物理、化学性能和机械性能得到改善 。例如采用WC、Tic等硬质合金电极材料强化高速钢或合金工具钢强化表面，能形成显微镜 硬度HV1100以上的耐磨、耐蚀和具有红硬性的强化层，使模具的使用寿命明显地得到提高， 电火花表面强化的优点是设备简单、操作方便、耐磨性提高显著，缺点是强化表面粗糙，强化层厚度较薄，效率较低。?
4、参硼能显著提高模具表面硬度(HV1300-2000)和耐磨性，渗硼层还具有良好的红硬性、耐 磨性、可广泛用于模具表面强化，尤其适合在磨粒磨损条件下的模具，但渗硼层往往存在着较大的脆性，因扰着它的应用。?
5、TD法(托氏沉积法)是在空气炉或盐槽中放入一个耐热钢制的坩埚，将硼砂放入坩埚加热 至800-1200度，然后放入相应的碳化物形成粉末，如钛、钡、铌、铬，再将钢或硬质合金工 件放入坩埚中浸渍一定的时间，加入元素就会扩散至工作表面并与钢中的碳起反应形成碳化 物层，TD法所得的碳化物层具有很高的硬度和耐磨性。?
6、CVD法(化学气相沉积法)是将模具放在氢气(或其它气体)保护气氛中加热至900-1200度后 以此气体为载气，把低温气化挥发金属的化合物气体，如四氯化钛(TiCI4)和甲钵(或其它 碳氢化合物)蒸气带入炉中，如使TiCI4中的钛和碳氢化合物中的碳(以及钢表面的碳分)在 模具表面进行化学反应，从而生成一层所需金属化合物涂层(如碳化钛)。?
7、PVD法(物理气相沉积法)是在真空室中，把强化用的金属原子蒸发，或通过荷能粒子的轰击，在一个电流偏压的作用下，将其吸引并沉积到工作表面形成强化层。利用PVD法可在工 作表面沉积碳化钛、氮化钛、氧化铝等多种化合物。?
8、激光表面强化法 经过黑化处理的模具表面，经激光高功率密度加热后，可靠工件自身冷却淬硬，其冷速远比常规淬火介质中的冷速大。激光表面处理具有淬硬层深度可控，不需回火，硬度可提高15-2 0%，淬火组织细小，耐磨性高、节能效果显著，可改善工作条件等优点。

linon2010

新手学习中，领教，领教


居然要20个字以上，悲剧啊~~~

弄潮儿

孤鸿踏雪 发表于 2009-9-13 17:58
回38#楼超版：我看到了你所说的89#帖。本来应该在那里回复你，但这儿几个帖子正好都是讨论GCr15的细化或强韧 ...

杨工：请问1050-300等温是直接冷却到300度还是随炉冷至300度？

孤鸿踏雪

弄潮儿 发表于 2012-1-17 12:45
杨工：请问1050-300等温是直接冷却到300度还是随炉冷至300度？

    它的意思就是，产品（工件、模块）直接从1030℃转入300℃热浴中等温。

耿建亭

天哪，手机输入了一个小时都没有了！
精简回复吧，好帖！
个人认为强韧化途径如下
1 细晶   
初始奥氏体
循环加热冷却
形变热处理
2 细碳化物
粉末冶金
双细化
调质
基体钢
3 下贝
等温
4 复合组织或复合材料
达不到下贝就要板条马氏体或者包含下贝或者马氏体任意一相的复合组织吧
表面喷涂
对于提高KIC ，有的反而是粗晶。
必须指出的是，预防裂纹萌生一般提高强度，预防裂纹扩展一般增加塑性。
就韧性的本质来说，就是强度和塑性的结合体，二者作用的程度要视具体情况而定。一些钢种增加残奥数量，（包含条间残奥）阻止了裂纹的扩展。
其实回火产物对强韧性的影响也很大，同时也更复杂一些。
个人意见，不足为凭。

弄潮儿

孤鸿踏雪 发表于 2012-1-17 13:40
它的意思就是，产品（工件、模块）直接从1030℃转入300℃热浴中等温。

哦，谢谢杨工！！对常规热处理的一些东西真的懂的不多。。。谢谢赐教

mzlord

150楼的文字，一字不差的全部看了。受益良多。
发表一下自己的拙见：
强韧化：
“强”
主要是材料抵抗变形的能力，应该是金属学中所谓的位错运动的阻力。位错越难开动，其强度必然越高。影响位错运动的主要因素：1.晶粒尺寸（霍尔佩奇关系）；2.溶质原子、空位、第二相（气团、第二相钉扎）；3.原子特性，元素特性（滑移系、滑移方向等）；4.具体材料中的相组成及相分布（已钢材为例，奥氏体，马氏体，铁素体，渗碳体等），这个相对复杂，也是楼上各位专家讨论最多的。5.缺陷（空位、位错、层错等），加工硬化便是增加缺陷密度来提高强度。当然，以上诸多因素在热处理过程中回共存，并相互影响，如形变热处理利用的就是缺陷在热处理过程中发挥的重要扩散作用，又例如形变诱导相变利用的就是形变储能。由于钢中的相种类非常多，其各相中位错的开动及滑移行为也不同，导致了具有不同相组成及相分布的材料表现出的强度差异。
“韧”
对于韧的理解，个人比较片面。应该是材料本身吸收变形能力的指标。也可从两个方面理解：1.材料在弹性区抗变形的能力，也可称之为刚度，刚度高，其韧性应该较好；2.材料在塑性变形区吸收变形能的能力，即在可塑性，可加工性。以上两点与前文中提到的“强”所涉及的影响因素基本一致。对于不同材料，或经不同热处理工艺处理后得到具有不同组织的材料而言，或在不同服役条件（加工条件）下，其弹性区及塑性区的“韧”的要求不一样，对于磨具而言，当然需要的弹性区的韧性，对于挤压材，例如丝材，需要的是其在塑性区具有良好的韧性，而弹性区的韧性越小越利于加工（减小了其变形抗力）。
有时感觉做材料类似炒菜，热处理工程师像厨师，买来的菜都一样（主合金元素一致），不同的人炒出来的口感千差万别，火侯的掌握，时间的掌握，调味品（微合金化）的掌握对一盘菜的口味及其重要。要口感酥脆，又要有嚼劲，有难度啊。呵呵。。
以上纯属瞎掰，各位见笑。

mzlord

补充一点：根据材料的最终的使用状况，内部组织的取向性也可能导致强韧性的各向异性，反推之，根据材料的使用要求，设计具有各向异性的组织，或许也是一条思路。

xyz123zhao

徐祖耀院士提出的淬火－碳分配－回火（Ｑ－Ｐ－Ｔ）工艺

   谁有操作实例啊，讲讲怎么实战的啊？我们公司只有产品连续炉调质

jackson

孤鸿踏雪 发表于 2012-3-23 07:37
首先，模具属大批生产产品吗？你们的模具生产有多大批量？其次，对于厚大的Cr2钢模块，低淬低回，你 ...

模具生产有其两面性. 首先是单从零件尺寸,零件号码或者说形状长得一样不一样来看,是属于单件产品,而且一般都不重复, 很少同时开两幅模具的, 从这个角度来看,不属于大批产品. 然后而另一方面来看, 每一炉的重量都是由多块模具级成的, 凑到一起就组成了一批或者说一炉,例如重量1吨, 再考虑到模具的热处理工艺标准,即NADCA(北美压铸协会标准), 这个文件里面的要求就是在模具芯部到达1025度(不同材料的奥氏体化温度不同)后保温30分钟,并且要以每分钟不低于28度的速度下降到540度, 从这一点来考虑, 也可以认为是一个批量要求(不管不同的炉号批次,不管什么模具,不管什么尺寸都是同样的NADCA标准).   上述两方面,也许就是模具处理最有特色的地方!

我在这里说的高淬高回,指的是, 不同的奥氏体化温度, 例如1025度,和1050度, 这样的一个温度区别, 同时也带来回火温度的一个区别.  如果模具用1050度来做的话,也不是不可以, 但是风险太大了, 会存在着部份模具由于尺寸不同以及位置不同而造成过热的可能!

至于冷作模Cr12类型的模具,我理解高淬的目的是为了固溶更多的合金元素,提高硬度和耐磨性, 并且可以更均匀化基体组织,采用高温可以充分转换残奥, 防止后续加工的变形(如线切割). 应该说好处还是比较多的(其实很多国内的材料成份也有偏差,并且里面的碳化物分布也不均匀,所以更倾向于用更高温来改善组织状况). 晶粒还是会长大吧?  韧性是否也会低一点?

希望还是能够就H13类材料用不同的淬火温度大家来作一下沟通. 对韧性究竟是如何影响的.
Cr12类材料用低一点的淬火温度,韧性应该要好一点, 因为它是过共析钢, 这一点大家是否同意?

错误之处,在所难免,希望版主等批评指正!

孤鸿踏雪

jackson 发表于 2012-3-22 22:08
我先来谈一下我个人的想法.
高淬高回在实际批量生产中,可能没有应用价值!

     首先，模具属大批生产产品吗？你们的模具生产有多大批量？其次，对于厚大的Cr2钢模块，低淬低回，你是否遭遇过在线切割过程突然炸裂的尴尬？你如何来解决这个问题？

jackson

我的网速较慢. 补上一个!

小孟

jackson 发表于 2012-3-22 22:29
你说的"强韧性"指的是韧性吗?  有什么依据吗, 可以分亨一下吗?
附件内是关于该钢种的介绍资料. 一般情 ...

书我借给我朋友了 书名为《模具金相热处理》，机械工业出版社，作者也没记住，下次书还回来的时候，我会给你消息，把书名和作者一起给你。

jackson

小孟 发表于 2012-3-21 21:05
我也是看资料上面说的，如果H13采用较低温度淬火，那么强韧性相对要好些，如果采用较高温度淬火，热强性要 ...

你说的"强韧性"指的是韧性吗?  有什么依据吗, 可以分亨一下吗?
附件内是关于该钢种的介绍资料. 一般情况下,不存在有错误之处,供各位参考!

jackson

小孟 发表于 2012-3-22 19:44
杨工 得到了什么教训？什么经验呢？

我先来谈一下我个人的想法.
高淬高回在实际批量生产中,可能没有应用价值!

料装多了, 边上的料和中心的料,即料的位置不一样,达到最高温度的时间不一样,当温度越高时, 引起晶粒不改变的保温时间越短.

一不小心,就造成过热! 并且性能也是因位置而产生较大的不同, 很难保证稳定性!

不知道这样想,对不对?

不当之处,请勿怪罪!