钢丝的热处理(第2版)(4)

发布时间:2021-06-08

本文以生产实践为基础,用全新观念,对钢丝热处理工艺进行了梳理;从分析热处理原理,组织结构与使用性能关系入手,介绍各类钢丝的热处理工艺制定原则,并提供了一些实用技术数据和经验公式。

高温再结晶退火的方法加以挽救。带状和网状渗碳体也是拉丝用盘条中不应出现的组织,这两种组织提高钢的脆性,不利于钢丝加工成形,显著降低成品钢丝的切削性能和淬火均匀性,对网状2.5级的盘条可用正火的方法改善网状,一般说来钢丝经冷拉-退火两次以上循环,网状可降低0.5~1级。

渗碳体在合金钢中可与其它元素形成固溶体,固溶体中碳可能被氮等小直径原子置换,铁原子也可能被其它原子(Mn、Cr等)代替,形成合金渗碳体(Fe²Me)3C。合金渗碳体的形成会改变钢的临界点温度,阻碍或延缓奥氏体向珠光体转变时间,参见图13。

珠光体(pearlite):珠光体是由片状铁素体和渗碳体组成的混合物,其中渗碳体的质量分数为12%,铁素体的质量分数为88%,两者密度相近,在金相图谱中铁素体呈宽条状,渗碳体呈窄条状。若干铁素体与渗碳体平行排列组成一个晶体群叫珠光体晶团。一个奥氏体晶粒缓冷时可能转变成几个珠光体晶团,各晶团之间的位向明显不同。如果放大到足够倍数,就可以看清铁素体和渗碳体都呈灰白色,有珍珠的亮光,两者交界处因被腐蚀得凹凸不平而呈黑色。放大倍率不够时,渗碳体两边的界线分辨不开,渗碳体呈现为黑色细条。放大倍率太低时,整个珠光体都变为一片黑色。

片状珠光体是由成分均匀的奥氏体冷却转变来的,等温转变温度,或连续冷却速度直接影响到珠光体的片间距。片间距指相邻的一片渗碳体和一片铁素体厚度之和。高温区形成的珠光体,片层厚而且平直;低温区形成的珠光体,即索氏体(sorbite)和托氏体(troostite),索氏体指在金相显微镜下放大600倍以上才能分辨片层的细珠光体,托氏体指在金相显微镜下已无法分辨片层的极细珠光体。索氏体和托氏体片层薄而且弯曲,往往呈现不连续现象。过冷度与片间距有严格的对应关系,同一牌号的钢丝,在一定等温区间,珠光体的片间距是相对衡定的。实验证明,奥氏体晶粒度虽然对珠光体晶团的大小有决定性影响,但基本不影响珠光体片间距。

片状珠光体经适当的热处理,渗碳体变为球状或粒状,转化为粒状珠光体。从奥氏体状态冷却时,是转变为片状珠光体,还是粒状珠光体,主要取决于奥氏体成分的均匀性。完全奥氏体化的成分均匀的奥氏体,冷却后形成片状珠光体;成分不均匀的奥氏体,冷却后形成粒状珠光体。在奥氏体临界点(A1)附近反复冷却-加热,然后缓冷,或钢丝冷拉后再退火,都是实现粒状珠光体转变的有效方法。

珠光体钢丝的力学性能(抗拉强度Rm、伸长率A、断面收缩率Z、硬度),可拉拔性(变形抗力、冷加工硬化速率、极限减面率Q),工艺性能(弯曲N b、扭转N t、缠绕、顶锻、冲压)与显微组织结构密切相关。一般说来,粒状珠光体钢丝的抗拉强度Rm和硬度要低于片状珠光体钢丝,伸长率A和断面收缩率Z前者要高于后者;粒状珠光体钢丝的拉拔性能优于片状珠光体钢丝,表现为拉拔力低、冷加工硬化慢、能承受的道次减面率大;工艺性能前者优于后者。在粒状珠光体范围内,随着球化度提高(球化组织从1级升到3级),钢丝抗拉强度和硬度下降,塑性和韧性上升,可拉拔性和工艺性能也越来越好,特别冷顶锻和深冲性能显著改善。在片状珠光体范围内,珠光体晶团和片间距对钢丝性能起决定性的影响,珠光体晶团的尺寸与奥氏体的晶粒度成正比;而片间距与奥氏体的晶粒度基本无关,主要取决于过冷度(冷却速度),可以说,在一定的转变温度范围内,片间距必定在一定的范围内。此外,碳和合金元素的含量对片间距也有一定的影响,随着碳含量的增加,片间距逐渐减小,Co、尤其是Cr能显著减小片间距,而Ni、Mn、Mo则使片间距加大。当片间距小到索氏体范围内时,钢丝的各项性能又有另一番变化。

贝氏体(bainite):贝氏体转变温度范围较宽,在较高温度下(500~350℃),奥氏体等温转变生成上贝氏体(upper bainite)。上贝氏体在晶界成核,短条状渗碳体与板条状或棒状铁素体以晶界为对称轴,平行生长,

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