亞共析鋼常用於什麼零件鑄造

『壹』 鋼的分類

1、鋼的熱處理
鋼的熱處理是指在固態下通過對鋼進行不同的加熱、保溫、冷卻來改變鋼的組織結構，從而獲得所需要性能的一種工藝。鋼的熱處理路線圖，如圖所示：
2、鋼的熱處理分類
（1）根據工藝方法來分
1）整體熱處理（退火、正火、淬火、回 火）；
2）表面熱處理（火焰加熱表面淬火、感應加熱表面淬火、激光加熱表面淬火等）；
3）化學熱處理（滲碳、滲氮、滲其它元素等）。
（2）根據熱處理在零件加工中的作用分
1）預先熱處理（退火、正火）：為機械零件切削加工前的一個中間工序，以改善切削加工性能及為後續作組織准備。
2）最終熱處理（淬火、回火）：獲得零件最終使用性能的熱處理 。
3、過熱度和過冷度
加熱和冷卻時相圖上臨界點位置，如圖所示：
平衡態相變線 A1、A3、Acm
加熱（過熱度） Ac1、Ac3、Accm
冷卻（過冷度） Ar1、Ar3、Arcm 奧氏體的形成 奧氏體化——若溫度高於相變溫度鋼，在加熱和保溫階段，將發生室溫下的組織向A的轉變，稱為奧氏體化。
奧氏體形成的四個步驟：
1）奧氏體晶核的形成； A晶核通常在珠光體中F和Fe3C相界處產生；
2）奧氏體晶核長大；（3）殘余滲碳體的溶解；（4）奧氏體的均勻化
共析鋼加熱到Ac1點相變溫度亞共析鋼——加熱到Ac3以上；
過共析鋼——理論上應加熱到Accm以上，但實際上低於Accm。因為加熱到Accm以上，滲碳體會全部溶解，奧氏體晶粒也會迅速長大，組織粗化，脆性增加。加熱和冷卻時相圖上臨界點位置，如圖所示： 奧氏體晶粒度和奧氏體晶粒長大及其影響因素 1、奧氏體晶粒度
1）起始晶粒度——室溫下各種原始組織剛剛轉變為奧氏體時的晶粒度。
2）實際晶粒度——鋼在具體的熱處理或加熱條件下實際獲得的奧氏體晶粒度的大小。分為10級，1級最粗。
3）本質晶粒度——表示奧氏體晶粒長大的傾向性。不表示晶粒的大小。
本質粗晶粒鋼：奧氏體晶粒度隨著加熱溫度的升高不斷地迅速長大。（如圖6-3）
本質細晶粒鋼：奧氏體晶粒度只有加熱到較高溫度才顯著長大。
2、奧氏體晶粒長大及影響因素
1）加熱溫度和保溫時間——加熱溫度越高，晶粒長大越快，奧氏體越粗大；保溫時間延長，晶粒不斷長大，但長大速度越來越慢。
2）加熱速度——加熱速度越大，形核率越高，因而奧氏體的起始晶粒越小，而且晶粒來不及長大。
3）碳及合金元素
4）鋼的原始組織 過冷奧氏體——在共析溫度（A1）以下存在的不穩定狀態的奧氏體，以符號A冷表示。
隨著過冷度的不同，過冷奧氏體將發生三種類型轉變：1）珠光體型轉變；2）貝氏體型轉變；3）馬氏體型轉變。 珠光體型轉變（高溫轉變） （一）珠光體組織形態及性能
☆過冷奧氏體在A1~ 550℃溫度范圍內將轉變成珠光體類型組織。該組織為鐵素體與滲碳體層片相間的機械混合物。這類組織可細分為：見圖表所示：
（二）珠光體轉變過程：如圖所示：
典型的擴散相變：
1）碳原子和鐵原子遷移；
2）晶格重構。 貝氏體型轉變（中溫轉變） （一）貝氏體組織形態和性能
◆過冷奧氏體在550℃~Ms點溫度范圍內將轉變成貝氏體類型組織。貝氏體用符號字母B表示。根據貝氏體的組織形態可分為上貝氏體（B上）和下貝氏體（B下）。如圖所示：

貝氏體的力學性能
1）550~350℃——上貝氏體B上——羽毛狀—— 40~45HRC——脆性較大——基本上無實用價值；
2）350℃~Ms——下貝氏體B下——黑色竹葉狀——45~55HRC——優良的綜合力學性能——常用 。
（二）貝氏體轉變過程
半擴散型轉變——只發生碳原子擴散，大質量的鐵原子基本不擴散 。 馬氏體型轉變（低溫轉變） （一）馬氏體組織形態和性能
當奧氏體以極大的冷卻速度過冷至Ms點以下，(對於共析鋼為230℃以下)時，將轉變成馬氏體類型組織。獲得馬氏體是鋼件強化的重要基礎。
1、馬氏體的晶體結構
馬氏體M是碳在α-Fe中的過飽和固溶體。馬氏體轉變時，奧氏體中的C全部保留在馬氏體中。體心正方晶格（a=b≠c）； c/a——正方度；
M中碳的質量分數越高，其正方度越大，晶格畸變越嚴重，M的硬度也就越高。 如圖所示：

2、馬氏體的組織形態
鋼中馬氏體組織形態主要有兩種類型:1）板條狀馬氏體，也稱位錯馬氏體；2）針片狀馬氏體，也稱孿晶馬氏體。（參考圖6—10）
Wc<0.2%——板條狀馬氏體（如圖6-14）；0.2%≦Wc≦1%——板條狀馬氏體和針片狀馬氏體；Wc>1%——針片狀馬氏體
3、馬氏體的性能
主要特點：高硬度高強度——馬氏體強化的主要原因是過飽和碳原子引起的晶格畸變，即固溶強化。
板條狀馬氏體塑性韌性較好；高碳片狀馬氏體的塑性韌性都較差。
在保證足夠的強度和硬度的情況下，盡可能獲得較多的板條狀馬氏體。
（二）馬氏體轉變特點
1） 無擴散性——馬氏體轉變是非擴散性轉變，因而轉變過程中沒有成分變化，M的含碳量和原來A的相同。
2）切變共格和表面浮凸現象——由於原子不能進行擴散，因而晶格轉變只能以切變的機制進行。
3）變溫形成——M只有在不斷降低溫度的條件下，轉變才能繼續進行。
4）高速長大——馬氏體生長速度極快，片間相撞容易在馬氏體片內產生顯微裂紋。
5） 轉變不完全——殘余奧氏體A殘——MS點越高，M越多，A殘越少。Ms和Mf點的溫度與冷卻速度無關，主要取決於含碳量與合金元素的含量。如圖所示： 過冷奧氏體轉變曲線 由於轉變溫度不同，過冷奧氏體將按不同機理轉變成不同的組織（P、B、M）。轉變類型主要取決於轉變溫度，但轉變數和速度又與時間密切相關。
過冷奧氏體轉變曲線——表示溫度、時間、和轉變數三者之間的關系曲線。
（一）過冷奧氏體等溫轉變曲線
過冷奧氏體等溫轉變曲線又叫C曲線，也稱為TTT曲線。如圖所示： 冷卻方式：
1）等溫冷卻
2）連續冷卻
1、等溫轉變曲線的建立
等溫轉變曲線可以用金相法、膨脹法、電阻法和熱分析法等多種方法建立。
共析碳鋼C曲線的建立，如圖所示：
2、共析鋼C曲線分析
☆①為珠光體轉變區；②為貝氏體轉變區；③為馬氏體轉變區。
☆孕育期：轉變開始線與縱坐標軸之間的距離。
☆鼻尖：孕育期最短處，過冷奧氏體最不穩定。—550℃
共析鋼C曲線，如圖所示：
3、影響C曲線的因素
1）在正常加熱條件下，Wc<0.77%時，含碳量增加，C曲線右移； Wc>0.77%時，含碳量增加，C曲線左移。所以，共析鋼的過冷 奧氏體最穩定。
2）亞共析鋼——先析出 F；過共析鋼——先析出滲碳體。
(2）合金元素的影響（如圖6-20）——除鈷以外，所有的合金元素溶入奧氏體後，都增大過冷奧氏體A的穩定性，使C曲線右移。碳化物含量較多時，對曲線的形狀也有影響。

（3）加熱溫度和保溫時間的影響——隨著加熱溫度的提高和保溫時間的延長，這使奧氏體的成分更加均勻，晶粒粗大，這些都提高過冷奧氏體的穩定性，使C曲線右移。
（二）過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線
在實際生產中，過冷奧氏體大多是在連續冷卻時轉變的，這就需要測定和利用過冷奧氏體連續轉變曲線。
過冷卻奧氏體連續轉變曲線又叫CCT曲線。
過冷奧氏體連續轉變曲線（CCT曲線）與TTT曲線的區別：
1、連續冷卻曲線靠右一些；
2、連續冷卻曲線只有C曲線的上半部分，而沒有下半部分。也就是說而沒有貝氏體轉變。

☆臨界冷卻速度——獲得馬氏體的最小冷卻速度。
☆vk是CCT曲線的臨界冷卻速度；
☆vk』是TTT曲線的臨界冷卻速度。
☆vk』 ≈1.5 vk
☆凡是使C曲線右移的因素都會減小臨界冷卻速度。
過冷奧氏體等溫轉變曲線的實際應用
生產上常用C曲線來分析鋼在連續冷卻條件下的組織。（如圖）
1）爐冷V1——珠光體P；
2）空冷V2——索氏體S；
3）油冷V3——托氏體T+馬氏體M；
4）水冷V4——馬氏體M+殘余奧氏體A殘 。 退火和正火的主要目的 1）調整硬度以便切削加工（170HBS~250HBS）； 2）消除殘余應力，防止變形、開裂；
3）細化晶粒，改善組織，提高力學性能；
4）為最終熱處理作組織准備。 退火 ◆將金屬加熱到適當的溫度，保持一定時間，然後緩慢冷卻（爐冷）的熱處理工藝。
◆退火根據鋼的成分和工藝目的不同，可分為完全退火、等溫退火、球化退火、均勻化退火、去應力退火等。
1、完全退火（重結晶退火、普通退火）
將鋼完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻，獲得接近平衡組織的退火工藝。
主要用於亞共析鋼的鑄件、鍛件、熱軋型材和焊接件。
加熱溫度Ac3+(30~50)℃。
完全退火工藝曲線圖，如圖所示：
2、球化退火（不完全退火）
使鋼中碳化物球狀化而進行的退火工藝。
主要用於過共析鋼；
目的在於降低硬度、改善切削加工性能，並為後續的淬火做組織准備。
得到的組織——粒狀P（F基體上彌散分布著顆粒狀滲碳體的組織）
加熱溫度Ac1+(20~40)℃
3、等溫退火
加熱到高於Ac3（或Ac1）溫度，保持適當時間後，較快地冷卻到珠光體轉變溫度區間的某一溫度保持使奧氏體轉變為珠光體型組織，然後在空氣中冷卻的退火工藝。
對於亞共析鋼可代替完全退火，對於過共析鋼可代替球化退火。
等溫退火工藝圖，如圖所示：

4、均勻化退火（擴散退火）
將鑄件加熱到略低於固相線溫度（一般低於100 ℃）長時間保溫，然後緩冷的熱處理工藝。
主要用於消除某些具有化學成分偏析的鑄鋼件及鑄錠。
加熱溫度Ac3+(150~200) ℃
5、去應力退火（無相變退火）
將工件加熱到Ac1以下（100~200）℃保溫後隨爐冷卻到160℃以下出爐空冷。
主要用於消除內應力，穩定尺寸，防止變形與開裂。
加熱溫度通常為500℃~650℃。 正火 正火是將鋼加熱到Ac3（或Accm）以上(30~50)℃，保溫適當的時間後，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝，正火組織為索氏體；
正火與退火的主要區別：1）冷卻速度不同；2）正火後的組織比較細，比退火強度、硬度有所提高，而且生產周期短，操作簡單；
過共析鋼正火後可消除網狀碳化物；低碳鋼正火後可顯著改善切削加工性能；
正火是一種優先採用的預先熱處理工藝。
各種退火和正火加熱溫度比較
1）均勻化退火：Ac3+(150~200) ℃
2） 正火： Ac3或Accm+(30~50)℃
3）完全退火：Ac3+(20~50)℃
4）球化退火：Ac1+(20~40)℃
5）去應力退火：500℃~650℃ 淬火——將鋼加熱到Ac3或Ac1相變點以上某一溫度，保持一定時間，然後以大於vk的速度冷卻獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。 淬火的主要目的——獲得馬氏體或下貝氏體，為以後獲得各種力學性能的回火組織作準備。 淬火溫度的選擇 1）亞共析鋼：Ac3+(30~50)℃（要完全 奧氏體化） 2）過共析鋼：Ac1+(30~50)℃（是部分奧氏體化）
3）合金鋼的淬火溫度允許比碳素鋼高，一般為臨界點以上（50~100）℃。
碳素鋼的淬火加熱溫度范圍，如圖所示： 淬火介質 理想的淬火冷卻速度，如圖6—26所示。
在C曲線「鼻尖」附近快冷，而在Ms點附近應盡量慢冷。
常用的冷卻介質有：油、水、鹽水等，其冷卻能力依此增加。
新型水溶性淬火介質，如圖所示： 常用淬火方法：如圖所示： 1）單液淬火
2）雙液淬火
3）馬氏體分級淬火
4）貝氏體等溫淬火 淬透性的基本概念 鋼的淬透性——是指在規定的條件下，鋼在淬火時能夠獲得淬硬層深度的能力。
淬透性是鋼的一種熱處理工藝性能，與冷卻速度無關。
淬透性也叫可淬性，它取決於鋼的淬火臨界冷卻速度（Vk）的大小。 淬透性對鋼力學性能的影響 淬透性對鋼的力學性能有很大影響。淬透的工件，表裡性能均勻一致；未淬透時，表裡性能存在差異。
淬透的工件經調質後由表及裡都是回火索氏體，而未淬透的工件心部是片狀索氏體和鐵素體，尤其是韌性（ak)相差特別大。
不同的零件對淬透性要求不一樣。如彈簧要求淬透，而齒輪即不要求淬透。 影響淬透性的因素 影響鋼的淬透性的決定性因素是臨界冷卻速度（vk)，臨界冷卻速度越小，淬透性越大。影響因素有：
1、含碳量 共析點附近淬透性最好，遠離S點差。
2、合金元素 除Co外，幾乎所有的合金元素都降低鋼的臨界冷卻速度，即提高鋼的淬透性。
3、奧氏體化溫度越高，保溫時間越長，鋼的淬透性增大。 淬透性的測定和表示方法 未端淬火法GB225—88
鋼的淬透性表示方法
臨界淬透直徑Dc——它是指心部得到全部M或50%M的最大直徑。如圖所示： 淬透性與淬硬層深度的關系 在相同的條件下，鋼的淬透性越高，淬硬層深度就越大。
工件的淬硬層深度除取決於鋼的淬透性外，還受淬火介質和工件尺寸等外部因素的影響。 淬硬性與淬透性 淬硬性是指鋼在正常淬火條件下，所能達到的最高硬度。是鋼的一種工藝性能。
奧氏體中固溶的碳越多，淬硬性就越高。與合元素沒有多大關系。而淬透性與合金元素就有很大的關系。
淬硬性高的鋼，其淬透性不一定高。 淬透性在生產中的應用 對承受動載荷的一些重要零件要選用能全部淬透的鋼；如發動機連桿、彈簧等；
當零件表裡性能可以不一致時（不要求淬透），選用淬透性適宜的鋼即可。如齒輪；
焊接件不可選用淬透性高的鋼，否則就容易在焊縫附近出現淬火組織，造成變形和裂紋；
對於淬透性好的鋼，可以採用冷卻速度緩慢的淬火介質。這對於復雜工件十分有利。
熱處理(Heat Treatment) - 是利用加熱和冷卻以改變金屬物理性質的方法。熱處理能改善鋼的顯微結構，
使達到所需的物理要求。韌性，硬度 和耐磨性 是通過熱處理而獲得的特性中的幾種。要獲得這些特性，需使用熱處理中的淬硬<又稱淬火>,回火，退火<又稱朡化>和表面淬硬等操作。
淬硬(Hardening,又稱淬火) - 是將金屬均勻地加熱至適當溫度，然後迅速浸入水或油中急冷，或在空氣中或冷凍區中冷卻，使金屬獲得所需要的硬度。
回火(Tempering) - 鋼件淬硬後會變脆，同時由淬火急冷而引致的應力，可使鋼件受到輕擊而斷裂。要消除脆性，可用回火處理法。回火就是將鋼件重新加熱至適當的溫度或顏色，然後予以急冷。回火雖然使鋼的硬度略為減少，但可增加鋼的韌性而降低其脆性。
退火(Annealing) - 退火是消除鋼件的內在應力和勒化鋼件的方法。退火法是將鋼件加熱至高於臨界溫度，然後放入干灰，石灰，石棉或封閉在爐內，令它慢慢冷卻。
硬度(Hardness) - 是材料抵抗外物刺入的一種能力。試驗鋼鐵硬度的最普通方法是用銼刀在工件邊緣上銼擦，由其表面所呈現的擦痕深淺以判定其硬度的高低。這種方法稱為銼試法 這種方法不太科學。用硬度試驗器來試驗極為准確，是現代試驗硬度常用的方法。最常用的試驗法有洛氏硬度試驗洛氏硬度試驗機利用鑽石沖入金屬的深度來測定金屬的硬度，沖入深度愈大，硬度愈小。鑽石沖入金屬的深度，可從指針指出正確的數字，該數字稱為洛氏硬度數。
鍛造(Forging) - 是用錘擊使金屬成為一定形狀<成型> 的方法，當鋼件加熱達到鍛造溫度時，可以從事鍛造，彎屈，抽拉，成型等操作。大多數鋼材加熱至鮮明櫻紅色時都很易鍛造。能增加鋼材硬度常用的方法是淬火。
脆性(Brittleness)- 表示金屬容易破裂的性質，鑄鐵的脆性大，甚至跌落地上亦會破裂。脆性與硬度有密切關系，硬度高的材料通常脆性亦大。
延性(Ductility)- (又稱柔軟性) 是金屬受外力永久變形而不碎裂的性質，延性的金屬可抽拉成細線。
彈性(Flexibility)- 是金屬受外力變形，當外力消除之後又恢復其原有形狀的一種性質。彈簧鋼是極富彈性的一種材料。
展性(Malleability)- 又稱可鍛性，是金屬延性或柔軟性的另一種表示法。展性是金屬接受錘鍛或滾軋而變形時不致破裂的一種性質。
韌性(Toughness)- 是金屬抵受震動或沖擊的能力。韌性與脆性剛好相反。