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6. 硬度硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標之一。一般硬度越高,耐磨性越好。常用的硬度指標有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。⑴布氏硬度(HB)以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面,保持一段時間,去載后,負荷與其壓痕面積之比值,即為布氏硬度值(HB),單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。⑵洛氏硬度(HR)當HB>450或者試樣過小時,不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球,在一定載荷下壓入被測材料表面,由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗材料硬度的不同,分三種不同的標度來表示:HRA:是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度極高的材料(如硬質合金等)。HRB:是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球,求得的硬度,用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。HRC:是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。⑶維氏硬度(HV)以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值,即為維氏硬度值(HV)。
鋼材中除主要化學成分Fe鐵以外,還含有少量的碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)、氧(0)、氮(N)、鈦(Ti)、釩(V)等元素,這些元素雖含量很少,但對鋼材性能的影響很大。碳是決定鋼材性能的重要元素,它影響到鋼材的強度、塑性、韌性等機械力學性能。當鋼中含碳量在0.8%以下時,隨著含碳量的增加,鋼的強度和硬度提高,塑性和韌性下降;但當含碳量大于1.0%時,隨含碳量增加,鋼的強度反而下降。一般工程用碳素鋼均為低碳鋼,即含碳小于0.25%,工程用低合金鋼含碳小于0.52%。鋼中有益元素有錳、硅、釩、鈦等,控制摻入量可冶煉成低合金鋼。鋼中主要的有害元素有硫、磷及氧,要特別注意控制其含量。磷是鋼中很有害的元素之一,主要溶于鐵素體起強化作用。磷含量增加,鋼材的強度、硬度提高,塑性和韌性顯著下降。特別是溫度愈低,對塑性和韌性的影響愈大,從而顯著加大鋼材的冷脆性。磷也使鋼材可焊性顯著降低,但磷可提高鋼的耐磨性和耐蝕性。硫也是很有害的元素,呈非金屬硫化物夾雜物存在于鋼中,降低鋼材的各種機械性能。由于硫化物熔點低,使鋼材在熱加工過程中造成晶粒的分離,引起鋼材斷裂,形成熱脆現(xiàn)象稱為熱脆性。硫使鋼的可焊性、沖擊韌性、耐疲勞性和抗腐蝕性等均降低。氧是鋼中有害元素,主要存在于非金屬夾雜物中,少量熔于鐵素體內。非金屬夾雜物降低鋼的機械性能,特別是韌性。氧有促進時效傾向的作用。氧化物所造成的低熔點亦使鋼的可焊性變差。
奧氏體的形成奧氏體化——若溫度高于相變溫度鋼,在加熱和保溫階段,將發(fā)生室溫下的組織向A的轉變,稱為奧氏體化。
奧氏體形成的四個步驟:1)奧氏體晶核的形成; A晶核通常在珠光體中F和Fe3C相界處產生;2)奧氏體晶核長大;(3)殘余滲碳體的溶解;(4)奧氏體的均勻化共析鋼——加熱到Ac1點相變溫度;亞共析鋼——加熱到Ac3點相變溫度以上;過共析鋼——理論上應加熱到Accm以上,但實際上低于Accm。因為加熱到Accm以上,滲碳體會全部溶解,奧氏體晶粒也會迅速長大,組織粗化,脆性增加。加熱和冷卻時相圖上臨界點位置,如圖所示:
奧氏體晶粒度和奧氏體晶粒長大及其影響因素1、奧氏體晶粒度1)起始晶粒度——室溫下各種原始組織剛剛轉變?yōu)閵W氏體時的晶粒度。
2)實際晶粒度——鋼在具體的熱處理或加熱條件下實際獲得的奧氏體晶粒度的大小。分為10級,1級粗(鍛造常溫調質晶粒度一般要求5-8級,鍛造余熱調質晶粒度一般要求大于等于2級)。3)本質晶粒度——表示奧氏體晶粒長大的傾向性。不表示晶粒的大小。本質粗晶粒鋼:奧氏體晶粒度隨著加熱溫度的升高不斷地迅速長大。 (如圖6-3) 圖6-3本質細晶粒鋼:奧氏體晶粒度只有加熱到較高溫度才顯著長大。2、奧氏體晶粒長大及影響因素
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