第3讲冷热加工组织变化
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冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形是金属加工过程中常用的一种方法,通过对金属样品进行冷热拉伸、压缩、扭曲等变形操作,可以改变金属的组织和性能,从而满足不同的工程需求。
本文将详细探讨冷热变形对金属组织和性能的影响。
首先,冷热变形可以改变金属的晶粒结构和布局。
金属的晶粒是由原子排列有序组成的,晶粒的大小和形状直接影响到金属的力学性能。
在冷热变形过程中,金属样品会经历塑性变形,使原有晶粒在局部区域发生滑移和重结晶的过程,从而产生新的晶粒。
冷热变形的变形温度和变形速度会对晶粒重结晶的细化和形状有所影响,高温下的快速变形能够促进晶粒生长,形成较大的晶粒,而低温下的慢速变形则容易形成较小的晶粒。
其次,冷热变形可以改变金属的晶界特征。
晶界是相邻晶粒之间的界面区域,晶界的性质与金属的力学、电学、热学等性能密切相关。
在冷热变形过程中,晶粒的形态和尺寸变化会导致晶界的面积和长度发生变化,进而影响晶界的性质。
此外,冷热变形还可以通过调控晶粒的取向和旋转,来改变晶界的导电性和热导性能,提高金属的导电和导热性能。
再次,冷热变形对金属的力学性能具有显著的影响。
金属的力学性能包括强度、延伸性和韧性等指标。
冷热变形可以通过改变晶粒的形态和尺寸,来调节金属的强度和延伸性能。
一般来说,较小尺寸的晶粒具有较高的强度和硬度,而较大尺寸的晶粒则具有较好的延伸性能。
因此,冷热变形可以根据具体的工程需求来调节金属的力学性能,使之达到最佳的工作状态。
此外,冷热变形还对金属的残余应力和晶体缺陷有所影响。
金属在冷热变形过程中,由于晶格变形和晶界运动等原因,会引起残余应力的积累。
这些残余应力会对金属的力学性能和耐腐蚀性能产生不利影响。
同时,冷热变形还会引起金属中的晶体缺陷,如位错和孔洞等,这些缺陷也会对金属的机械性能产生影响。
因此,冷热变形需要在合适的工艺参数下进行,以控制残余应力和晶体缺陷的生成和分布。
综上所述,冷热变形对金属组织和性能具有显著的影响。
图3-1 热处理工艺曲线示意图钢在加热与冷却时的组织转变热处理是指采用适当方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却,获得所需组织结构与性能的一种工艺方法。
热处理是强化金属材料、提高产品质量和寿命主要途径之一,在机械制造中绝大多数的零件都要进行热处理。
如机床工业中60%~70%的零件要进行热处理,汽车、拖拉机工业中70%~80%的零件要经过热处理,各种量具、刃具。
模具和滚动轴承几乎100%要进行热处理。
因此热处理在机械制造工业中占有十分重要的地位。
热处理按照加热和冷却方式的不同,可分为以下三类:(1)整体热处理:指对工件整体进行穿透加热的热处理,常用的方法有退火、正火、淬火和回火。
(2)表面热处理:指对工件表层进行热处理,以改变表层组织和性能的热处理,常用的方法有火焰淬火、感应淬火。
(3)化学热处理:指改变工件表层的化学成分、组织和性能的热处理,常用的方法有滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲金属等。
热处理的种类和方法很多,但其基本过程都由加热、保温和冷却三个阶段组成,通常用“温度—时间”为坐标的热处理工艺曲线来表示(如图3-1所示)。
改变加热温度、保温时间和冷却速度等参数,都会在一定程度上发生相应的组织转变,进而影响材料的性能。
所以,要了解各种热处理工艺方法,必须首先研究钢在加热(包括保温)和冷却过程中组织变化的规律。
由Fe —Fe3C 相图可知,A1、A3、Acm 线是碳钢在极其缓慢加热和冷却时的相变温度线。
因而这些线上的点都是平衡条件下的相变点。
但在实际生产中,加热或冷却速度都比较快,实际发生组织转变的温度与A1、A3、Acm 都有不同程度的过热度或过冷度(如图3-2)。
通常将加热时的各相变点用Ac1、Ac3、Accm 表示,冷却时的各相变点用Ar1、Ar3、Arcm 表示。
钢的相变点是制定热处理工艺参数的重要依据,可通过查热处理手册或有关手册得到。
图3-2 钢的相变点在Fe-Fe 3C相图上的位置一、钢在加热时的组织转变将钢加热到Ac3或Ac1温度以上,以获得全部或部分奥氏体组织为目的的操作,称为奥氏体化。