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赌钱旺名·手工匠人热处理系列(三)——碳钢的正火

发布时间: 2020-01-10 15:07:33    热度: 2573

赌钱旺名·手工匠人热处理系列(三)——碳钢的正火

赌钱旺名,这是我关于碳钢热处理系列的第三个文章。

为了理解正火过程,我们也必须了解退火过程。 这两者有很多相同之处,很容易,而且常常被误认为是对方的。 他们之间有两个主要的区别, 一个在实践中,另一个在应用中。

要查看退火过程,请查看我的退火文章——碳钢的退火。

铁素体(顶部)

austinite(左下),pearlite(右下)

上图:铁素体(顶部),austinite(左下),pearlite(右下)

当对碳钢进行退火时,将其加热到其临界温度以上到其转变范围并保持规定的时间。这导致晶体结构从主要是铁素体到奥氏体的相变。

一旦钢材被加热一段时间并达到与其合金相适应的温度,然后尽可能慢地冷却,直到达到比其临界温度低约100°f的温度。这通常在蛭石等绝缘环境中进行。

正火采用与退火相同的步骤,直到冷却时间。发生这种情况时,不要将其放置在绝热的环境中,而要将钢材放在敞开的空气中冷却。较快的冷却速度不允许形成渗碳体,退火量不大,但形成一些珠光体是铁素体和渗碳体的组合。

冷却速度决定了从转换范围的后续相变,这是正火和退火之间的两个主要区别中的第一个。

奥氏体金相图

渗碳体金相图

上图:austinite奥氏体(顶部)和渗碳体(底部)的显微视图

从转变范围(退火)非常缓慢地冷却,碳有机会从奥氏体中溶出并形成渗碳体。这最大化了钢的柔软性和延展性。然而,有些情况下,当需要缓解压力,但柔软不是。

正火过程(从转换范围中获得更快的冷却速率)不一定必须导致较软的钢。这很大程度上取决于钢的预先存在的状态和预期的结果。将一块硬化的碳钢正火将使其软化,但是对于恰好退火的另一块碳钢施加相同的工艺可能导致较硬的完成状态。

这使得在开始一个项目时你的材料状态非常重要。它是新的还是被使用?它是否被强化了?它已经加热到过剩,发脾气了吗?如果对这些问题的答案是已知的,那么我们可以决定采用哪种热处理方法来推进项目。如果这个信息是未知的,那么材料必须被带到一个已知的状态,并且决定默认是退火还是正常化。两者都会产生一个给定的状态,但每个都有不同的应用。

这导致我们意识到这两个过程之间的第二个主要区别。

热处理就是改变钢的分子结构以改善其工作性能。虽然退火主要与金属软化有关,但是正火通常用来使钢的晶粒结构细化和均匀化并产生均匀性。两者都在释放应力。

那么,这个项目是什么?用旧锉制成的刀?将旧的凿子重新塑造成新的形状?从旧的卡车轴上制作一把锤子?修理弯曲的撬棒?新钢还是用过?像这样的项目的材料选择是多种多样的,每个可能需要不同形式的热处理和在不同的温度下进行。

有了这么多的设计变量,显而易见的是,在启动任何项目之前,尽可能多地了解您的材料以及使其可用的要求是非常重要的。

这种信息将告知项目的意图,以及哪种热处理工艺最为成功。

钢铁温度颜色图

铁/碳相图

上图:(上)钢铁温度颜色图(下)铁/碳相图

像热处理碳钢的所有方面一样,最大化正火的成功取决于对材料数据的先验知识。钢的特定临界温度是多少?如果这个信息是未知的,那么可以根据上面的铁/碳相图做出有根据的猜测。在那里,它指出,碳钢的转换范围的低端是1333°f。颜色图表还指出,钢在1300°f时发出暗红色和樱桃红之间的某种光泽。所以,让钢材达到使其发光呈红色或变成橙色的温度告诉我们,我们处于奥氏体范围。

正火:

缓慢而均匀地加热钢材。

将钢材保持在其转换范围一段合适的时间。 (大约1小时/ 1“的厚度)

在露天凉快。冷却到室温

如果有一个术语在正火方面比其他任何一个都突出,那就是“一致性”。这是在这个过程的各个方面正常化的关键。

加热均匀,确保成型奥氏体在整个工件上均匀。这可能意味着在整个加热过程中移动锻造部件或翻动/旋转部件。在适当的温度下浸泡可以使晶粒结构在其模式中生长和均匀。

均匀的冷却要求钢的所有侧面都有空气流动。障碍物可以限制或加速该侧的冷却,这将改变晶粒结构的期望的均匀性。支撑或悬挂该部件以减少与任何阻碍表面的接触。

一些有用的冷却技巧,包括:建立一个快速的线框架,悬空在空气中,将金属支撑在耐火砖之类的东西上,或者,如果有一块木头,将其悬挂在电线上。

锻造件的晶体结构差异

上图:锻造件的晶体结构差异

如果你和我一样,那么在开始任何项目时,预算总是一个因素。发现和使用的材料已经成为我和其他无数的铁匠和制造者的重要资源。如前所述,使用这些材料会带来潜在的破坏项目的风险。

因此,建议尽可能多地了解材料,特别是在打捞过去受到周期性负荷的部件时。这些类型的部件倾向于在其晶粒结构内的特定位置建立压力。而且,在制造过程中使用热量和力量形成的部件或者具有明显不同的横截面的部件可能具有大幅变化的内部晶体结构,这可能是有问题的。

例如,一些卡车车轴进行锻造操作,使部件的一端形成凸缘。达到此目的所需的热量和力量在该部分钢材中形成了细小的纹理图案。轴的另一端在加热到相似的温度时不会受到锻造,因此具有颗粒结构。

为什么这很重要?因为不同的晶粒模式可以引起沿晶界存在应力的机会。这会给制造过程中的后续步骤带来麻烦,例如加工和焊接困难。对于承受负荷的部件,例如车轴,也可能是一种危险的情况,因为这是部件可能失效的地方。

所以,最后,正常化细化晶粒结构。即使在横截面的起伏中,也可以均匀化整个片段上的图案。它减轻了加工硬化部件中的应力,并提高了材料的机械性能。它可以做到所有这一切,而不会使钢的柔软性最大化,使其成为用于新项目的用于制备旧材料的非常有用的工艺。

请继续关注下一个将重点关注淬火的热处理指导。

作者takeitfromablacksmith 翻译:刀客江湖 创作不易 支持小编请点击蓝色字体“了解更多”

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