钢材之韧性和热处理ppt课件

1、模具材料选用与热处理钢材之韧性与热处理(四)- 1 -钢材机械性质之相互关系機械強度延性 (伸長率、斷面縮率)韌性 (衝擊值)硬度- 2 -钢材的脆化1. 温度的影响 - 延脆转换温度2. 时效的影响 - 回火脆性- 高温回火脆性 * 一次回火脆性 (450 500OC) * 二次回火脆性 (500 650OC)- 低温回火脆性 ( 300OC)- 3 - 3 -温度的影响 - 延脆转换温度多數的肥粒鐵系與麻田散鐵系之鋼鐵材料，在室溫附近有良好的韌性，但溫度下降則脆化，稱之低溫脆性。沃斯田鐵系鋼材或鋁、銅等合金，屬面心立方格子(FCC)結晶構造之金屬，則無此種延脆轉換現象，雖在低溫仍不失其韌性

2、。钢材的韧性- 4 -温度的影响 - 延脆转换温度钢铁材料由延性转变成脆性的温度，称为延脆转换温度。溫度衝擊值延脆轉換溫度延 性脆 性钢材的韧性- 5 -钢材的韧性影响延脆转换温度的主要因子- 6 -1. 以退火、正常化改善韧性2. 以淬火、回火改善韧性钢材韧性之改善- 7 -1. 以退火、正常化改善韧性由于退火、正常化可以促进1. 破坏铸造组织2. 减轻成份偏析3. 组织之均匀化4. 结晶粒之微细化5. 消除粗大针状之肥粒铁或碳化物尤其是正常化，其组织微细化的效应，可使韧性改善更为显着。钢材韧性之改善- 8 -正常化处理之韧性改善效果正常化处理降低延脆转换温度，可有效改善韧性钢材韧性之改善-

3、 9 -2. 以淬火、回火改善韧性钢材于淬火硬化后，往往硬度高，但太脆而无法使用，其后之回火，则可使硬度、抗拉强度降低，大幅改善伸长率、断面缩率与冲击值。但要注意：1. 淬火温度之影响2. 淬火冷却速度之影响3. 回火温度之影响4. 回火脆性之产生钢材韧性之改善- 10 -2. 以淬火、回火改善韧性 - 淬火温度之影响淬火加热时间长、加热温度高，则促进碳化物等析出物之固溶，导致沃斯田铁晶粒之粗大化。虽有助于淬火性的改善，提高硬度与强度，但其韧性将可能因此而大幅恶化。钢材韧性之改善- 11 -2. 以淬火、回火改善韧性 - 淬火冷却速度之影响淬火冷却速度大，可获得充分淬火完全之麻田散铁，经过适当

4、之回火，可变成微细之糙粒斑铁组织，而呈现最佳之韧性值。但，淬火不完全时，产生变韧铁、肥粒铁及波来铁等组织或其混合组织，虽经回火仍无法得到充分韧性。不完全淬火材之回火，只能獲得低強度與劣韌性之不良材料。钢材韧性之改善- 12 -2. 以淬火、回火改善韧性 - 回火温度之影响一般准则：回火温度愈高，硬度、强度愈下降，而伸长率、断面缩率及冲击值则上升。 - 因淬火之麻田散铁经回火变成微细之糙粒斑铁随回火温度之上升，韧性可获改善但，在某些溫度區間回火時，反而會使韌性降低，此現象稱之回火脆性，應予以避免之。钢材韧性之改善- 13 -钢材韧性之改善2. 以淬火、回火改善韧性回火温度愈高，硬度与强度愈下降，

5、而伸长率与断面缩率及冲击值则上升。- 回火温度之影响- 14 - 14 -低温回火脆性特徵：1. 沿结晶粒界发生粒界裂痕2. 愈是低碳钢脆化愈显着3. 含 P、N 愈多之钢脆化愈大4. Al、Ti、B 可以缓和脆化钢材之回火脆性- 15 -高温回火脆性多发生于Ni-Cr合金钢一次回火脆性： 发生于450550OC回火， 与冷却速度无关二次回火脆性： 发生于600650OC回火后 徐冷时钢材之回火脆性- 16 -高温回火脆性之影响因子1. 化学成分之影响- 发生脆性之合金元素：Ni, Cr, Mn, C - 促进脆化之合金元素：Sb, P, Sn, As, Si- 与脆化有关，但影响不大之合金元

6、素：Ge, Bi, S, Se, Te- 抑制脆性之合金元素：Mo(对于低温脆性无效), W, Ti2. 组织及强度之影响- 脆化之显着性：麻田散铁 变韧铁- 不发生高温脆性：肥粒铁、波来铁3. 回火冷却速度之影响钢材之回火脆性- 17 -钢材之回火脆性回火脆性之对策1. 降低 P, Sn, Sb, As 等不纯物元素2. 微细化沃斯田铁结晶粒3. 添加 0.20.5% Mo 以抑制高温脆性(低温脆性无效)4. 利用不完全 火组织 (a + g)5. 高温短时间回火后急冷6. 添加Al, Ti, B 等合金元素可有效抑制低温脆性7. 提高Si 含量可防止低温脆性，但有害高温脆性- 18 - 1

7、8 -钢铁韧性之影响因子：1. 结晶粒度2. 金相组织3. 合金元素4. 冷、热加工钢材的韧性- 19 -结晶粒微细化可使钢材强度与韧性同时提高结晶粒度对韧性之影响钢材的韧性- 20 -金相组织对韧性之影响淬火完全之100%麻田散铁回火后之韧性，较不完全淬火之波来铁、变韧铁、麻田散铁之混合组织为高。完全麻田散铁组织回火后之韧性不太受合金元素之影响。钢材的韧性- 21 -合金元素对韧性之影响对于不完全淬火组织之韧性，合金元素之影响甚大。碳(C) 之影响钢材的韧性- 22 -合金元素对韧性之影响锰(Mn) 之影响添加Mn可以提高淬火性，有效改善肥粒铁、波来铁钢之韧性。但Mn亦有助长回火脆性之作用，

8、导致韧性之下降。钢材的韧性- 23 -合金元素对韧性之影响硅(Si) 之影响适量 (0.150.40%) 的 Si 有脱氧剂之作用，可得清净均匀结晶粒之钢，而使韧性提高。过量则使延脆转换温度上升，降低钢材韧性。钢材的韧性磷(P)、硫(S) 等不纯物元素之影响P、S、Sb、Sn、As 等之不纯物元素会提高回火脆性感受性，而有害钢材之韧性。- 24 -合金元素对韧性之影响镍(Ni) 之影响添加Ni可以使肥粒铁、波来铁钢与麻田散铁钢之韧性大幅改善。随Ni量之添加，延脆转换温度移向低温，至13% Ni钢则延脆转换温度消失，温度再低亦不脆化。与Mn相同，由于变态点之降低使结晶粒微细化。Ni 可提高钢之基

9、地韧性，对改善不完全淬火大型工件心部的韧性甚为有效。钢材的韧性- 25 - 25 -合金元素对韧性之影响铬(Cr) 之影响添加 Cr 可以提高淬火性，使得到完全淬火组织改善韧性。Cr 之添加对于韧性具有正面与负面之双重效果：添加 Cr 亦将因不完全淬火而生成中间阶段组织，使钢材脆化。Cr 与 Mn 一样，会助长回火脆性，须加注意。钢材的韧性- 26 - 26 -合金元素对韧性之影响钼(Mo) 之影响Mo之添加可改善高硬度钢之韧性。添加适量之Mo可有效抑制高温脆性，改善韧性；但如过量，不完全淬火时，韧性反而劣化。钢材的韧性- 27 -冷、热加工对韧性之影响：1. 以热加工改善韧性2. 冷加工使韧

10、性降低3. 加工异方性使韧性降低钢材的韧性- 28 -1. 以热加工改善韧性冷、热加工对韧性之影响热加工可以改善成分偏析及均质化，并使结晶粒微细化，结果可使韧性改善。加工度、加热温度、加热次数及最后完成温度等，对韧性均有影响。适当的加工度、加热温度愈低、加热次数愈多，及最后完成温度愈低，韧性愈佳。钢材的韧性- 29 -冷、热加工对韧性之影响2. 冷加工使韧性降低冷加工使钢硬化，韧性下降。冷加工 + 100250oC人工時效 = 使鋼韌性下降更明顯(變形時效)变形时效脆化材料，可加热至590650oC，实施应力消除处理，可使韧性做某种程度的回复钢材的韧性- 30 -钢材的韧性冷、热加工对韧性之影

11、响3. 加工异方性使韧性降低由于加工故，钢中之非金属介在物 (如MnS) 将向加工方向延伸，连接而成尖锐缺口，导致板厚方向与直角方向之韧性比加工方向大幅降低。改善方法：降低形成介在物的不纯物；将介在物球状化。- 31 -硬度为工具钢之主要目标，因此，经淬火回火处理后之工具钢组织，通常为碳化物分散于硬质的麻田散铁组织中，韧性低而脆。工具钢之韧性，通常就三个方面做考量：1. 基地之韧性2. 回火与残留沃斯田铁之影响3. 碳化物之影响工具钢的韧性与热处理- 32 -淬火麻田散铁之硬度愈低，则回火后之变形能愈大，亦即韧性愈佳。须要高韧性时选用 0.5% C 之钢种(1). 含碳量(2). 晶粒大小晶粒

12、愈粗大，冲击值愈降低，亦即韧性愈差。較低的淬火溫度可得較佳之韌性。1. 基地之韧性工具钢的韧性与热处理- 33 -高碳钢淬火所生成之残留沃斯田铁，有助于延性、韧性之提高。通常，沃斯田铁化温度愈高，残留沃斯田铁量增加，韧性改善，但高温结晶粒之粗大化，所导致之脆性效应，将使得韧性降低。- 残留沃斯田铁之影响经过深冷处理过之工具钢则未发现前述现象，全般之韧性均低。工具钢的韧性与热处理2. 回火与残留沃斯田铁之影响- 34 - 34 -2. 回火与残留沃斯田铁之影响高碳钢淬火后，施以不同温度之回火处理，对机械性质会有相当程度之影响。含残留沃斯田铁之淬火原材，在某温度(左图为例约220OC附近) 低温回火时，韧性可显着改善，但超过此温度则韧性剧减。- 回火之影响经过深冷处理过之回火工具钢，全般之韧性均低。且前述之改善高峰较小。- 导因于低温回火脆性工具钢的韧性与热处理- 35 -对于高碳钢而言，在不太损及强度与硬度之范围内，保持适量之安定化残留沃斯田铁，可以有效改善其韧性。工具钢的韧性与热处理2.