熱處理材料之碳素鋼與PAG水溶性淬火劑

含碳量小于1.5%的鐵碳合金稱為碳素鋼，簡稱碳鋼。碳素鋼不含特意加入的合金元素，而含有少量的硫、磷、硅、錳等雜質(zhì)，由于具有良好的力學(xué)性能和工藝性能，且冶煉方便，價(jià)格便宜，故在機(jī)械制造、建筑、交通運(yùn)輸及其他各個(gè)工業(yè)部門中得到廣泛的應(yīng)用。PAG水溶性淬火劑具有，無煙，無腐蝕性，不燃燒，使用安全，無環(huán)境污染等特點(diǎn)，故多用于碳素鋼、合金鋼的高頻、中頻淬火的冷卻。鋼中碳與雜質(zhì)對(duì)性能的影響碳是決定鋼性能最主要的元素。在亞共析鋼中，隨著含碳量增加，鋼中的珠光體增加。鐵素體減少，珠光體的強(qiáng)度、硬度比鐵素體高，而塑性、韌性較鐵素體低。所以，亞共析鋼中，含碳量愈多，鋼的強(qiáng)度、硬度愈高，塑性、韌性則愈低。所以碳素體在進(jìn)行熱處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)碳的不同含量選擇不同濃度的PAG水溶性淬火劑。當(dāng)含碳量超過共析成分0.77%以后，由于析出的網(wǎng)狀滲碳體，圍繞在珠光體晶粒周圍即晶界上，削弱了晶粒間的結(jié)合力，降低了強(qiáng)度，增加了脆性。因此，含碳量超過1.0%以后，隨著含碳量的增加，硬度雖然繼續(xù)增加，但強(qiáng)度反而降低。硫和磷是鋼中的有害雜質(zhì)。硫與鐵元素形成FeS，F(xiàn)eS與鐵形成低熔點(diǎn)(985℃)的共晶體，多存在于晶界，當(dāng)鋼在1200-800℃進(jìn)行水溶性淬火劑PAG熱加工時(shí)，由于共晶體熔化，而使鋼沿晶界開裂，這種現(xiàn)象稱為鋼的“熱脆性”。磷在常溫下，降低鋼的塑性和韌性，特別是易使鋼脆裂，產(chǎn)生“冷脆性”，使鋼的冷加工性能和焊接性能變壞。磷不僅降低塑性，同時(shí)還提高鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度，給鋼材在低溫下使用造成潛在的威脅。但硫和磷有時(shí)也有有利的一面。例如MnS對(duì)斷屑有利，而且起澗滑作用，降低使用工具磨損，所以在自動(dòng)切削車床上用的易切削鋼，其硫含量高達(dá)0.15%，用以改善鋼的切削加工性，提高加工光潔度。硫還有減摩作用，有些鋼制零件或工具，進(jìn)行表面滲硫后，可提高耐磨性。在炮彈鋼中，含磷量高，并使用水溶性PAG淬火劑進(jìn)行淬火，其目的在于提高鋼的脆性，增加彈片的碎化程度，提高炮彈的殺傷力。但對(duì)碳鋼來說，總希望這兩種元素愈少愈好，它們的含量多少是評(píng)定鋼質(zhì)量的主要標(biāo)志。硅和錳是作為脫氧劑而進(jìn)入鋼中的。一般認(rèn)為錳0.5%-0.8%和硅0.17%-0.37%是有益元素，它們能溶于鐵素體中，具有固溶強(qiáng)化效果，可提高鋼的強(qiáng)度和硬度。錳還能與硫化合成MnS，減輕了硫的有害作用。另外，錳具有一定的脫氧能力，使鋼中的FeO還原，降低了鋼的脆性。鋼中的非金屬夾雜}勿有氧化物(FeO、Fe3O4、MnO、SiO2、Al2O3)、硫化物(MnS、FeS)和硅酸鹽等。這些夾雜物是煉鋼反應(yīng)產(chǎn)生而未能完全排除鋼液之上，或是從爐渣、水溶性PAG淬火劑、爐體、鑄錠設(shè)備等耐火材料中帶人的。非金屬夾雜物降低鋼的強(qiáng)度、塑性，因而夾雜物越少，鋼的質(zhì)量越好。本文參考《金屬工藝基礎(chǔ)與實(shí)踐》一書。