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含碳量對工藝性能的影響有哪些?
1. 切削加工性能
金屬材料的切削加工性問題,是一個十分復(fù)雜的問題,一般要從允許的切削速度、切
削力、表面粗糙度等幾個方面進行評價,材料的化學(xué)成分、硬度、韌性、導(dǎo)熱性以及金屬
的組織結(jié)構(gòu)和加工硬化程度等對其均有影響。
鋼的含碳量對切削加工性能有一定的影響。低碳鋼中的鐵素體較多,塑性韌性好,切
削加工時產(chǎn)生的切削熱較大,容易粘刀,而且切屑不易折斷,影響表面粗糙度,因此切削
加工性能不好。高碳鋼中滲碳體多,硬度較高,嚴重磨損刀具,切削性能也差。中碳鋼中
的鐵素體與滲碳體的比例適當(dāng),硬度和塑性也比較適中,其切削加工性能較好。一般認為,
鋼的硬度大致為240HB 時切削加工性能較好。
鋼的導(dǎo)熱性對切削加工性能具有很大的影響。具有奧氏體組織的鋼導(dǎo)熱性低,切削熱
很少為工件所吸收,而基本上集中在切削刃附近,因而使刃具的切削刃變熱,降低了刀具
使用壽命。因此,盡管奧氏體鋼的硬度不高,但切削加工性能不好。
鋼的晶粒尺寸的大小并不顯著影響硬度。但粗晶粒鋼的韌性較差,切屑易斷,因而切
削性能較好。
珠光體中的滲碳體組織同樣影響切削加工性,亞共析鋼的組織是鐵素體+片狀珠光體,
具有較好的切削加工性能,若過共析鋼的組織為片狀珠光體+二次滲碳體,則其加工性能很
差,若其組織是由粒狀珠光體組成的,則可改善切削加工性能。
2. 可鍛性
金屬的鍛造性能是指金屬在壓力加工時,能改變形狀而不產(chǎn)生裂紋的性能。鋼的鍛造
性能首先與含碳量有關(guān)。低碳鋼的可鍛性較好,隨著含碳量的增加逐漸變差。
奧氏體具有良好的塑性,易于塑性變形。鋼加熱到高溫可獲得單相奧氏體組織,具有
良好的鍛造性能。因此鋼材的始鍛或終鍛溫度一般在固相線以下100℃~200℃范圍內(nèi)。終
鍛溫度不能過低,以免因溫度過低而使塑性變差,產(chǎn)生裂紋。一般對亞共析鋼終鍛溫度控
制在GS 線以上較近處,對過共析鋼控制在SE 線以上較近處。
白口鑄鐵無論在低溫或高溫,其組織都是以硬而脆的滲碳體為基體,其鍛造性能很差。
不能通過鍛造進行變形。
3. 鑄造性
金屬的鑄造性包括金屬的流動性、收縮性和偏析傾向等。
1) 流動性
流動性是指液態(tài)金屬充滿鑄型的能力。流動性受很多因素的影響,其中zui主要的是化
學(xué)成分和澆注溫度的影響。
在化學(xué)成分中,碳對流動性影響zui大,隨著含碳量的增加,鋼的結(jié)晶溫度范圍增大,流 動性應(yīng)該變差。但是,隨著含碳量的增加,液相線溫度降低,因而,當(dāng)澆注溫度相同時,
含碳量高的鋼,其液相線溫度與鋼液溫度之差較大,即過熱度較大,對鋼液的流動性有利。
所以鋼液的流動性隨含碳量的提高而提高。澆注溫度越高,流動性越好。當(dāng)澆注溫度一定
時,過熱度越大,流動性越好。
鑄鐵因其液相線溫度比鋼低,其流動性總是比鋼好。亞共晶鑄鐵隨含碳量的提高,結(jié)
晶溫度范圍縮小,流動性也隨之提高。共晶鑄鐵結(jié)晶溫度zui低,同時又是在恒溫下凝固,
流動性;過共晶鑄鐵隨著含碳量的提高,流動性變差。
2) 收縮性
鑄鐵從澆注溫度至室溫的冷卻過程中,其體積和線尺寸減小的現(xiàn)象稱為收縮性。收縮
是鑄造合金本身的物理性質(zhì),使鑄件產(chǎn)生缺陷,如縮孔、縮松、殘余內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋。
金屬從澆注溫度冷卻到室溫要經(jīng)歷3個互相的收縮階段。
① 液態(tài)收縮:從澆注溫度到開始凝固(液相線溫度)這一溫度范圍內(nèi)的收縮為液態(tài)收縮。
② 凝固收縮:從凝固開始到凝固終止(固相線溫度)這一溫度范圍內(nèi)的收縮稱凝固收縮。
③ 固態(tài)收縮:從凝固終了到冷卻到室溫這一溫度范圍內(nèi)的收縮稱為固態(tài)收縮。
液態(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為合金體積的縮小,其收縮量用體積分數(shù)表示,稱為體收縮。
它們是鑄件產(chǎn)生縮孔、疏松缺陷的基本原因。合金的固態(tài)收縮雖然也是體積變化,但它只
引起鑄件外部尺寸的變化,其收縮量通常用長度百分數(shù)表示,稱為線收縮。它是鑄件產(chǎn)生
內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷的基本原因。
影響碳鋼收縮性的主要因素是化學(xué)成分和澆注溫度等。對于化學(xué)成分一定的鋼,澆注
溫度越高,則液態(tài)收縮越大;當(dāng)澆注溫度一定時,隨著含碳量的增加,鋼液溫度與液相線
溫度之差增加,體積收縮增大。同樣,含碳量增加,其凝固溫度范圍變寬,凝固收縮增大。
3) 枝晶偏析
固相線和液相線的垂直距離越大,枝晶偏析越嚴重。鑄鐵的成分越靠近共晶點,偏析
越小;相反,越遠離共晶點,則枝晶偏析越嚴重。
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