问冶金学家：什么是钢化钢？

对功能钢的回火是如何重要的。

金属合金由元素的精确组合制成，如食谱中的成分。这些元素在热量的情况下将这些元素放在一起的方式改变合金的性质，就像不同的烹饪技术一样改变食物的味道。

回火钢改变金属的机械性能，使其更坚固，更耐腐蚀。这使得它成为制作工具、弹簧、结构钢甚至刀剑的好材料。

让我们来看看钢化钢的基础......以及钢的钢材如何更灵活，而不是钢，而不会发脾气。

冶金101

冶金既是一门科学(因为它被应用于金属生产)也是一门金属技术。它涉及到金属的化学组成及其物理和机械特性。

以下是一些常见的术语，你会听到有关冶金和回火钢:

• 力量：钢材如何抵抗永久变形或撕裂
• 韧性：钢抗骨折有多好（通常随着力量的增加，韧性也是如此）
• 硬度:金属将钢刮伤或压痕的程度
• 耐冲击:钢在最小变形的情况下抵抗冲击负荷的能力(通常也称为高强度韧性)
• 耐磨性:钢承受侵蚀、烧蚀、剥落和磨损的能力(通常也指钢的硬度)
• 结构完整性:钢承受负载而不断裂的能力

钢是一种常用的建筑材料。钢铁所需的两种元素是铁和碳，合金也经常含有少量的其他金属。钢的碳含量低于2.14%:高碳合金通常是铸铁的一种形式。合金通常含有锰和微量的硅、磷、硫和氧。钢铁是如此耐用和坚固，它可以使用几十年或更久，然后它可以反复循环利用而不丧失其性能。的大部分新钢铁生产包括再生钢的数量。

钢的微观结构

在我们学习如何改变钢的性能之前，我们必须首先了解它的微观结构。精确的加热和冷却会改变钢的微观组织:

铁氧体 - 以体为中心的立方（BCC）晶体结构

在室温下是纯铁。它还可以描述碳计数非常低的钢。

想象一家在每个角落的一个分子的立方体，在立方体中心的一个分子。分子松散地包装并含有较少的分子在每个立方体内。在室温下，您只能向结构增加0.006％的碳。

奥氏体-面心立方(FCC)晶体结构

当铁基合金在1500F到1800F之间加热时，就会出现这种形式。

想象一个立方体，每个角上都有一个分子，立方体的每个边的中心都有一个分子。这些分子比铁氧体更紧密，可以包含2%的碳。

渗碳体

当碳钢被加热到奥氏体范围时，然后在没有任何合金的情况下冷却，它将其转化为铁氧体形式。当碳含量大于0.006％时形成渗碳石，碳原子与铁组合以形成铁碳化铁（Fe3c）。你永远不会得到一块纯胶铁的金属，因为一些材料将保持在铁氧体形式。

珠光体

交替层的铁素体和渗碳体将形成一种叫做珠光体的新结构。当钢被缓慢冷却时，就会形成共晶混合物(两种熔化的材料同时结晶)。它同时形成铁素体和渗碳体，呈交替模式。

马氏体-体心四方(BCT)晶体结构

通过快速冷却钢形成该钢微结构，这迫使碳原子被捕获到铁晶格中。结果是一种非常坚硬，针状的钢铁结构。

这些微观结构对于了解钢的机械性能非常重要。碳含量，合金浓度和整理方法都有助于钢的微观结构。一旦您了解这一点，您就可以通过温度钢等精确的热处理学习如何操纵其性能。

热处理的概述

热处理金属会改变它的物理性质。它可以提高其强度、延展性、韧性、硬度和耐腐蚀性。

有3种常见的热处理：

• 退火：加热金属以使其柔软，然后慢慢冷却。微观结构缓慢冻结，为大圆形金属制成。这除以内部应力的金属，使其在击中时更可能凹陷或弯曲。
• 淬火：在该过程中，金属快速冷却（通常在水或油浴中）。这快速冻结了分子。通过突然降低温度，在表面上产生许多小的锯齿状晶粒。谷物交错的锯齿状边缘，使其在撞击时不太可能弯曲的金属：表面更难。
• 回火：减少任何多余的硬度通过生产或淬火产生，可以通过将金属加热到特定温度的特定时间来回火，这取决于您试图改变的性质。

为什么回火钢？

回火钢以使其适用于其应用的良好材料特性。这些可以是：

• 降低硬度，同时提高韧性（坚韧的材料抵抗撞击的碎片，其中硬质材料抵抗凹陷，并且在弯曲之前会破裂）
• 增加延展性（允许它改变形式而不会破坏）
• 增加耐磨性和撕裂
• 增加可加工性，如果需要进一步加工

钢化钢工艺

在你回火钢之前，你通常会先把钢淬火，使它变硬。回火温度决定了金属的硬度。温度越高，消除的硬度越多。例如，硬工具在较低的温度下回火，而柔性弹簧在较高的温度下回火。

钢通常在气体，电阻或感应炉中加热，具有真空或惰性气体，以防止氧化。一旦将钢加热到指定温度，就可以根据要实现的钢的类型和机械性能保持一定时间的温度。

您不需要温度计或温度枪可以知道它在右温度下加热。钢化钢根据回火的温度变为透明颜色。这种颜色由在表面上形成的氧化物层形成。较高的温度产生较厚的氧化铁层，因为在该温度区中花费的时间框架更长的时间框架。该层有助于防止钢腐蚀。

上面的图像显示了不同颜色的回火钢制成的金属：

• 从左边开始是标准化钢。这是在其上临界温度高于其上方的钢并在常设空气中冷却。
• 左边的第二个是淬火钢。那是快速冷却的钢。
• 接下来的8张是根据钢的温度- 130F (176C)到730F (388C)显示的回火钢的颜色。

钢化钢（通过温度/颜色）：

微弱的黄色	176C / 349F.	雕塑，剃须刀，刮刀
淡黄色	205 c / 401 f	凿岩机，铰刀，金属切割锯
深吸管	226 c / 439 f	斯克里斯图尔斯刀片
棕色的	260 c / 500 f	磁带，模具，钻头，锤子，冷凿子
紫色的	282 c / 540 f	手术工具，拳，石雕工具
深蓝色	310C / 590F.	螺丝刀,扳手
浅蓝色的	337C / 639F.	弹簧，木工螺丝
灰色蓝色	371C / 700F.	结构钢

回火钢和淬火钢有什么区别?

回火钢和淬火钢使相同的合金具有不同的性能。

硬化钢使其更加僵硬，不太可能划伤或缩进。然而，这种更硬的表面更脆。如果它被击中，它不会缩进，但如果冲击力太强，它将骨折或芯片。随着韧性增加，一些硬度损失了一些硬度。韧性是能够抵御骨折或切削的能力，但交易是它更有可能划伤或缩进。

通常，您将首先硬化钢，然后在钢后发脾气以达到特定的硬度与韧性。

剑、刀的热处理

回火是一个重要的部分blade-smithing。一些最佳剑是通过称为差分回火的过程创建的。通过差动淬火，史密斯可以在刀片的中心柔软，刺激的旋转岩石造成非常坚硬的叶片。这增加了刀片的韧性并防止破损。

在日本，武士刀通常通过使用粘土的应用来差异化硬化或回火，以帮助控制淬火和发脾气期间的变化率。不同厚度的粘土可以帮助控制变化率。

在其他差分回火过程中，加热仅施加到叶片的一部分（通常是脊柱）上。剑制造商将观察刀片变化的颜色，因为它辐射到锋利的边缘。一旦它几乎到达边缘处的浅稻草颜色，就会去除热量。

“现代”应用中的热处理和钢化钢

钢化钢不仅适用于刀具和剑。它在现代生产中具有现实世界应用。工具经常锻炼非常难以非常努力：淬火是一部分工具钢工艺用于创建耐用磨损和压痕的勤奋工作。精密工具通常需要保持这种硬边缘以保持在工作宽容范围内。然而，以后可能是对整个工具的完整性的最必要的，使其不太脆弱。需要特定材料特性的弹簧，结构钢和其他金属件也可能发生热处理，这取决于应用的材料需要产生一致或差分的脾气。

金属作为一种具有可锻压组织的晶体，为材料科学家提供了许多方法来解决这一问题，并巧妙地将合金选择和热处理结合起来。