读者群在讨论钢材热处理的问题,说是为这个问题跟同事争吵了起来,实际上呢,自己翻了很多资料,仍然不明白。

淬火介质温度与冷速关系(通俗解释淬火和内应力产生的原理)(1)

还别说,做模具的都知道热处理,常用的方式是淬火和氮化。淬火是提高钢材的硬度,氮化呢,是提高表面硬度,所了解的知识点也到此为止了。

若再深究,比如,退火,回火?那不知道了。为什么淬火后就变硬了?为什么又易脆,内应力大,容易崩?更不知道了。

网上也有文章说钢材的4把火,看完后仍然一脸茫然。

说是懂,其实也可以说不懂,也就是仅仅知道这两种工艺是什么个意思,其它的一概不知。

如果全部讲完内容有点多,几个主要的概念理清楚后,其实就容易多了。

我们来说说淬火,我们看看书面的标准说法是怎么样的。把钢材加热到奥氏体化的临界温度以上,保温后取出,然后以大于临界冷却速度,进行马氏体转变,这一过程就叫淬火。

是不是读完这段很茫然?

这句话通俗一点来讲应该是这样,把钢,烧得红火红火,这个红火的温度高到奥氏体化的那个点以上,然后,保持这个温度一段时间后,拿出来,放到水或油中,蘸一下。使它快速冷却,转变为马氏体。

再形象一点,就像咱们小时候见过的铁匠,在打锄头和镰刀时,会把它烧得红火后,放水里蘸一下,其实这也算是简单的淬火,整个钢材的变化过程如下图。

淬火介质温度与冷速关系(通俗解释淬火和内应力产生的原理)(2)

这中间有两个概念,奥氏体和马氏体。

这两个又是什么意思呢?

我们得从头说起,钢是怎么来的?

是在铁中加入碳,这个可以去看我以前写的文章,有详细的讲解。(点此回看这篇文章《模具钢材系列知识之初识模具钢材》)

铁加热到1538度以上时,就变成了铁水,从铁水开始冷却,在不同的温度范围,会产生不同的结晶。

啥是结晶?

就是指液体变成固体,比如,糖水可以结晶成糖。

铁在熔点至1394度之间,结晶成δ-Fe;在1394到912之间,结晶成γ-Fe,912度以下,结晶成α-Fe。如下图。

淬火介质温度与冷速关系(通俗解释淬火和内应力产生的原理)(3)

上面三种类型的铁,可以溶解碳,好比把盐放进水里,盐会被水溶解一样。

碳溶于α-Fe称为铁素体,溶于γ-Fe称为奥氏体,因为γ-Fe的原子间隙比α-Fe的大,所以,它可以溶解更多的碳。奥氏体中最大可以溶解2.11%的碳,铁素体最大能溶0.0218%的碳。

然而,奥氏体存在于912-1394度之间,我们所用的钢材,最终还是常温下的。当温度低于912度后,γ-Fe会转变成α-Fe,这时,奥氏体便不存在了。

当我们模具热处理时,加热到对应的温度,就会形成奥氏体,这货有个特点,它保持在不同的温度范围,或在不同的冷却速度下冷却,会形成不同的组织。

马氏体,可以看成是它最终转变的结果,这个过程比较复杂,我们不细研究,但在这个转变的过程中,由于从奥氏体迅速冷却,转变速度过快,我们上面讲过,α-Fe最大只能溶解0.0218%的碳,而奥氏体最大可以有2.11%的碳。奥氏体中多出的碳原子还来不及重新分布时,就被保留在马氏体中。

所以,马氏体是个过饱和的固体,可以理解为它吃多了,吃撑了。

而在它内部的这些大量过饱和的碳原子,由于过于拥挤,就产生了较大的内应力。叫肚子胀,不消化。

我之前的那篇文章讲过,含碳量越高,钢材就越硬,同时,也会变得更脆,就是这个原因。

怎么样才能去除这个内应力呢。

那就需要回火,以析出多余的碳,这就是吃点助消化的药,让它消化掉。

回火是把它再次加热到低于临界温度,保温后,缓慢冷却,这个过程中,会析出一部分碳化物,以消除内应力,那就变得不那么脆了。

回火又分为,低温,中温,高温。其结果不同,对钢材的性能影响较大,比如低温回火比中温回火,最终钢材的硬度要高。

所以,当我们要热处理到对应的硬度时,热处理工厂会根据不同的钢材,调整不同的热处理参数。

这也是为什么,同一种钢材,可以根据客户的需要,处理成不同的硬度,这也就不奇怪了。

到此,淬火应该可以理解得七七八八了吧,听懂的,掌声,没听懂,留言。

淬火介质温度与冷速关系(通俗解释淬火和内应力产生的原理)(4)

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