鋼鐵材料的熱處理工藝(鋼材溫度)

Q1：鋼臨界溫度是什么?

鋼的臨界溫度指鋼材的奧氏體轉變溫度。不同含量的鋼材有著不同的臨界點，但臨界點有著一個范圍內的浮動，所以下臨界點溫度指的就是奧氏體轉變的最低溫度。.鋼的臨界冷卻速度當奧氏體化的鋼由高溫冷卻時，使奧氏體不分解成鐵素體與滲碳體的機械混合物，而轉變為馬氏體所需要的最低冷卻速度，稱為鋼的臨界冷卻速度。

Q2：鋼的鍛造溫度范圍是如何確定的?始鍛溫度和終鍛溫度過高或過

始鍛溫度是開始鍛造的溫度，也是允許的最高加熱溫度。始鍛溫度不宜過高，否則可能造成過燒和過熱，但始鍛溫度也不宜太低，否則將縮短鍛造操作時間，縮小鍛造溫度范圍，增加鍛造的困難。一般將始鍛溫度控制在固相線以下150~250℃。?終鍛溫度是停止鍛造的溫度。終端溫度過高，停止鍛造后晶粒在高溫下繼續長大，使鍛件晶粒粗大，降低鍛件的力學性能;
終鍛溫度過低時，鍛件塑性不良，變形困難，內應力增大，甚至導致鍛件產生裂紋。碳素鋼的終鍛溫度約為800℃，合金鋼一般為800~900℃。擴展資料：鍛造溫度與鍛造工藝有關，大型件有時要分成三火完工，那最后一次變形前的加熱溫度和保溫時間要酌情而定——看變形量而定。臨界變形量－溫度－晶粒大小三者間的三軸圖在鍛造手冊等有關資料里找得到，一般最后一火加熱溫度低一些，1150～1180℃，如果已沒有多少變形量（或鍛造比≤1.2之類），可將加熱溫度控制在1050℃——對大多數合金結構鋼來說，晶粒快速長大是從1050℃以上開始的。因為盡管表面溫度（尤其是邊角溫度）低一些，內部溫度可能還比較高。這時內熱外冷，有較好的“模殼效應”，有利壓實內部材料，鍛件外形也容易精整。

Q3：鋼在高溫下的強化機制?

金屬的強化是指通過合金化、塑性變形、熱處理等手段提高金屬材料的強度。金屬的實際強度只有理論強度的幾十分之一，甚至幾千分之一。為了提高金屬的強度，常用的強化方法有形變強化、固溶強化、第二相強化、析出強化。1、 形變強化隨變形程度的增加，材料的強度、硬度升高，塑性、韌性下降的現象叫形變強化或加工硬化。隨塑性變形的進行，位錯密度不斷增加，導致位錯運動時的相互作用增強，位錯運動阻力增大，變形抗力增加，從而提高金屬的強度。變形程度增加，位錯密度不斷增加，根據公式Δσ=αbGρ1/2 ，強度與位錯密度（ρ）的二分之一次方成正比，位錯的柏氏矢量（b）越大強化效果越顯著。通常采用冷變形（擠壓、滾壓、噴丸等）的方法進行強化。形變強化是強化金屬的有效方法，尤其對于一些不能用熱處理強化的材料;
還可以使金屬均勻變形，提高零件或構件在使用過程中的安全性。形變強化也給材料生產和使用帶來麻煩，變形使強度升高、塑性降低，需要進行再結晶退火，增加生產成本。2、 固溶強化固溶強化的實質是將合金元素溶入基體相中形成固溶體，由于兩者原子半徑的差異及晶格改變造成內部晶格畸變，使金屬的強度、硬度升高，塑性、韌性下降。固溶強化的機理一是溶質原子使固溶體的晶格發生畸變，對滑移面上運動的位錯有阻礙作用;
二是位錯線上偏聚的溶質原子形成的柯氏氣團對位錯起釘扎作用，增加了位錯運動的阻力;三是溶質原子在層錯區的偏聚阻礙擴展位錯的運動。在固溶體溶解度范圍內，合金元素的質量分數越大，則強化作用越大;
溶質原子與溶劑原子的尺寸差越大，強化效果越顯著;形成間隙固溶體的溶質元素的強化作用大于形成置換固溶體的元素;
溶質原子與溶劑原子的價電子數差越大，則強化作用越大。固溶強化通常采用的方法是合金化，即加入合金元素。3、第二相強化第二相強化一般指各種化合物質點。通過各種手段使第二相質點彌散分布，可以阻礙合金內部的位錯運動，從而提高屈服強度和抗拉強度。目前工業上使用的合金大都是復相或多相合金，其顯微組織為在固溶體基體上分布著第二相(過剩相)。鋼中第二相的形態主要有三種，即網狀、片狀和粒狀。網狀特別是沿晶界析出的連續網狀Fe3C，降低的鋼機械性能，塑性、韌性急劇下降，強度也隨之下降。第二相為片狀分布時，片層間距越小，強度越高，塑性、韌性也越好。第二相為粒狀分布時，顆粒越細小，分布越均勻，合金的強度越高，第二相的數量越多，對塑性的危害越大;沿晶界析出時，不論什么形態都降低晶界強度，使鋼的機械性能下降。第二相無論是片狀還是粒狀都阻止位錯的移動。第二相強化的方法通常是加入合金元素，然后通過熱處理或塑性加工第二相的形態及分布。4、細晶強化細晶強化：隨晶粒尺寸的減小，材料的強度硬度升高，塑性、韌性得到改善的現象稱為細晶強化。細化晶粒可以同時提高強度，改善鋼的韌塑性，是一種較好的強化材料的方法。合金的晶粒越細小，內部晶粒和晶界的數目就越多。細晶強化利用晶界上原子排列的不規則性、原子能量高的這一特點，對材料進行強化。根據霍爾-配奇關系式，晶粒的平均直徑越小，材料的屈服強度越高。細化晶粒的方法主要有：結晶過程中增加過冷度，變質處理，振動及攪拌的方法增加形核率細化晶粒。冷變形金屬通過控制變形度、退火溫度來細化晶粒。通過正火、退火的熱處理方法細化晶粒;
在鋼中加入強碳化物物形成元素等。晶粒尺寸小于臨界尺寸dc時，會出現反霍爾-佩奇現象，即強度隨晶粒尺寸的減小而減小。

Q4：什么是高溫合金鋼

耐熱合金這類合金又稱高溫合金，它對于在高溫條件下的工業部門和應用技術，有著重大的意義。一般說，金屬材料的熔點越高，其可使用的溫度限度越高。如用熱力學溫度表示熔點，則金屬熔點Tm的60%，被定義為理論上可使用溫度上限Tc，即Tc=0.6Tm。這是因為隨著溫度的升高，金屬材料的機械性能顯著下降，氧化腐蝕的趨勢相應增大，因此，一般的金屬材料都只能500~600℃下長期工作,能在>700℃高溫下工作的金屬通稱耐熱合金，“耐熱”是指其在高溫下能保持足夠和強度和良好的抗氧化性。提高鋼鐵抗氧化性的途徑有二：一是在鋼中加入Cr、Si、Al等合金元素，或者在鋼的表面進行Cr、Si、Al合金化處理。它們在氧化性氣氛中可很快生成一層致密的氧化膜，并牢固地附地鋼的表面，從而有效地阻止氧化的繼續進行;
二是在鋼鐵表面，用各種方法形成高熔點的氧化物、碳化物、氮化物等耐高溫涂層。提高鋼鐵高溫強度的方法很多，從結構、性質的化學觀點看，大致有兩種主要方法：
（1）增加鋼中原子間在高溫下的結合力。研究指出，金屬中結合力，即金屬鍵強度大小，主要與原子中未成對的電子數有關。從周期表中看，ⅥB元素金屬鍵在同一周期內最強。因此，在鋼中加入Cr、Mo、W等原子的效果最佳。
（2）加入能形成各種碳化物或金屬間化合物的元素，以使鋼基體強化。由若干過渡金屬與碳原子生成的碳化物屬于間隙化合物，在金屬鍵的基礎上，又增加了共價鍵的成分，因此硬度極大，熔點很高。例如，加W、Mo、V、Nb可生成WC、W2C、MoC、Mo2C、VC、NbC等碳化物，從而增加了鋼鐵的高溫強度。利用合金方法，除鐵基耐熱合金外，還可制得鎳基、鉬基、鈮基和鎢基耐熱合金，它們在高溫下具有良好的機械性能和化學穩定性。其中鎳基合金是最優的超耐熱金屬材料，組織中基體是Ni－Cr－Co的固溶體和Ni3Al金屬化合物，經處理后，其使用溫度可達1000～1100℃。高溫合金主要牌號：固溶強化型鐵基合金：GH1015、GH1035、GH1040、GH1131、GH1140時效硬化性鐵基合金：GH2018、GH2036、GH2038、GH2130、GH2132、GH2135、GH2136、GH2302、GH2696固溶強化型鎳基合金：GH3030、GH3039、GH3044、GH3028、GH3128、GH3536、GH605,GH600時效硬化型鎳基合金：GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH4133、GH4133B、GH4169、GH4145、GH4090國外的高溫合金叫包含inconel系列 incoloy系列 Hastelloy系列760℃高溫材料變形高溫合金變形高溫合金是指可以進行熱、冷變形加工，工作溫度范圍-253～1320℃，具有良好的力學性能和綜合的強、韌性指標，具有較高的抗yang化、抗腐蝕性能的一類合金。按其熱處理工藝可分為固溶強化型合金和時效強化型合金。GH后di一位數字表示分類號即1、固溶強化型鐵基合金 2、時效硬化型鐵基合金 3、固溶強化型鎳基合金 4、鈷基合金 GH后，二，三，四位數字表示順序號。1、固溶強化型合金使用溫度范圍為900～1300℃，zui高抗yang化溫度達1320℃。例如GH128合金，室溫拉伸強度為850MPa、屈服強度為350MPa;
1000℃拉伸強度為140MPa、延伸率為85%,1000℃、30MPa應力的持久壽命為200小時、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發動機燃燒室、機匣等部件。2、時效強化型合金使用溫度為-253～950℃，一般用于制作航空、航天發動機的渦輪pan與葉片等結構件。制作渦輪pan的合金工作溫度為-253～700℃,要求具有良好的高低溫強度和抗pi勞性能。例如：GH4169合金，在650℃的最高屈服強度達1000MPa;制作葉片的合金溫度可達950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸強度為490MPa，940℃、200MPa的持久壽命大于40小時。變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業提供結構鍛件、餅材、環件、棒材、板材、管材、帶材和絲材。

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