鋼的淬火與回火,淬火冷卻速度對變形的影響

鋼的淬火與回火

淬透；對于彈簧，不僅應全淬透，而且心部馬氏體量不應低于9o％；對于結構零件．亦應全淬透。

一、鋼的回火工藝鋼的回火可分為低溫回火、中溫回火、高溫回火三類。不同溫度回火，可得到不同的回火組織和性能。3j5帥‘5D3鐘瑩g．．goI鐘機械工藝茶葉機械雜．~)1997年第1期③高溫回火回火溫度500℃～680℃，回火組織為索氏體，回火硬度HRC23～35。回火后可獲得強度與韌塑性配合較好的綜合機械性能。淬火加高溫回火通常稱“調質處理”，它廣泛用于各種重要的結構零件，特別適用于在交變載荷下工作的連桿、螺栓及軸類零件。另外還可用作精密零件(如絲桿、量具、模具等)的預先熱處理，以獲得細小均勻的回火索氏體組織，為控制最終熱處理變形和獲得較好的最終性能提供組織基礎。對于具有回火脆性傾向的鋼種，應盡量避免在脆化溫度范圍內回火。2．回火時間的確定回火工藝中，回火時間有著三方面的作用：一是保證組織轉變能充分進行；二是降低或消除工件的內應力；三是使工件獲得所需要的回火性能。在一定的回火溫度下，工件完全燒透后，完成組織轉變的時間約有0．5h即可。這就是說，單從組織轉變角度考慮，只需保溫0．5h左右。但從殘余應力松弛角度考慮，一般需要2～3h。這就是說，從完成組織轉變和盡量降低殘余應力角度考慮，對于一般中小型工件回火2～3h即可。然而回火畢竟對回火后鋼的性能有影響，故而回火時間還須與回火溫度結合起來考慮。一般可以這樣認為，回火時間與回火溫度是兩個相互補償的參數，即提高回火溫度可縮短保溫時間；延長回火時間可適當降低回火溫度。以上所說的只是確定回火時間的基本準則。目前，生產中回火時間一般都是根據工件有效截面的厚度來確定。有關計算回火時間的參考數據很多，應視具體情況選用．在實際應用中宜作合理的修正。3．回火后的冷卻回火后一般是出爐空冷。對于含cf、Ni、Mn等元素的鋼，高溫回火后為防止回火脆性的產生，宜采用油冷。

二、淬火回火工藝，目的是要提高硬度和耐磨性，并使其具有一定的韌性。淬回火工藝如圖7。圖7曲軸導軌的淬回火工藝曲線根據前述內容可知，淬火加熱溫度應為Ac1+30℃～50℃，但實際選用溫度應同時考慮加熱方式、工件尺寸及形狀、工件性能要求、冷卻條件、原始組織等因素。對于鹽浴加熱方式、形狀復雜和截面尺寸變化大的工件，加熱溫度應稍低；對于以輻射加熱為主的加熱方式、形狀簡單而硬度要求較高的工件以及冷卻較緩和的場合，可選擇較高的溫度加熱。因該曲軸導軌形狀較簡單，經球化退火后得到了球化珠光體組織，淬火后要求有高的硬度和耐磨性，故淬火加熱溫度選擇Ac+50℃～70℃，即780℃～8o0℃(Ac1=730℃)。淬火加熱的保溫時間，同樣也要根據加熱條件來確定，故一般應先經實驗測試。確定加熱保溫時間的基本原則是不可太長。以防工件表面氧化脫碳，同時也可以減少能耗。該工件不允許出現脫碳情況，所以宜采用鹽浴加熱，鹽浴應經脫氧處理，保溫時問以熱透為度。因該工件淬回火后不再進行加工，故而變形控制較嚴，而且希望有一定的韌性，所以采用硝鹽等溫冷卻。在180℃～200℃的硝鹽中等溫一段時間后，可以使淬火件保留較多量的殘余奧氏體，從而可以減小變形，井使其具有一定的韌性。實踐證明該工藝是可行的。回火溫度、回火時間及回火后冷卻方式的確定原則，可參考有關資料和前述有關內容。該工件經退火和淬火回火后，各項技術指標均達到要求，使用壽命和效果令人滿意。

工藝參數對熱處理變形的影響

無論是常規熱處理還是特殊熱處理,都可能產生熱處理變形,分析熱處理工藝參數對熱處理變形的影響時,較重要的是分析加熱過程和冷卻過程的影響。加熱過程的主要參數是加熱的均勻性、加熱溫度和加熱速度。冷卻過程的主要參數是冷卻的均勻性和冷卻速度。不均勻冷卻對淬火變形的影響與工件截面形狀不對稱造成的不均勻冷卻情況相同,本節主要討論其它工藝參數的影響。

不均勻加熱引起的變形---加熱速度過快、加熱環境的溫度不均勻和加熱操作不當均能引起工件的不均勻加熱。加熱的不均勻對細長工件或薄片件的變形影響十分顯著。這里說的不均勻加熱并不是指工件表面和心部在加熱過程中不可避免的溫度差,而是特指由于種種原因工件各部分存在的溫度梯度的情況。為了減小不均勻加熱引起的變形,對于形狀復雜或導熱性較差的高合金鋼工件,應當緩慢加熱或采用預熱。但是應當指出,雖然快速加熱能導致長軸類工件和薄片狀板件變形度的增加;然而,對于體積變形為主的工件,快速加熱往往又能起到減小變形的作用。這是因為當只有工件的工作部位需要滬淬火強化時,快速加熱可使工件心部保持在溫度較低強度較高的狀態下,工作部分即能達到淬火溫度。這樣強度較高的心部就能阻止工件淬火冷卻后產生較大變形。另外,快速加熱可以采用較高的加熱溫度和較短的加熱保溫時間,從而可以減輕由于在高溫階段長時間停留因工件自重產生的變形。快速加熱僅使工件表層和局部區域達到相變溫度,相應地減小了淬火后的體積變化效應,這也有利于減小淬火變形。

加熱溫度對變形的影響---淬火加熱溫度通過改變淬火冷卻時的溫差,改變淬透性、Ms點和殘余奧氏體的數量而對淬火變形發生影響。提高淬火加熱溫度,增加了殘余奧氏體量,使Ms點降低,組織應力引起的變形減小,使套類工件的孔腔趨于縮小;但另一方面,淬火加熱溫度的提高了淬透性,增大了淬火冷卻時的溫差,提高了熱應力,有使內孔脹大的傾向。實踐證明,對于低碳鋼制工件,若正常加熱溫度淬火后內孔收縮,提高淬火加熱溫度收縮的更大,為了減小收縮,要降低淬火加熱溫度;對于中碳合金鋼制的工件,若正常加熱溫度淬火后內孔脹大,則提高淬火加熱溫度脹的更大,為了減小孔腔的脹大,也需降低淬火加熱溫度。對于Cr12型高合金模具鋼,提高淬火加熱溫度,使殘余奧氏體量增多,孔腔趨于縮小。

淬火冷卻速度對變形的影響---一般來說,淬火冷卻愈激烈,工件內外和不同部位(截面尺寸不同的部位)溫差愈大,產生的內應力愈大,導致熱處理變形增大。(150長*100寬*50高)的熱模具鋼制試樣經不同冷卻速度淬火回火的變形情況。三種介質的冷卻速度以油冷較快,熱浴冷卻次之,空冷最慢。工件經三種不同冷速淬火后,其長度和寬度的變形皆傾向于收縮,變形量差別不大;但在厚度方向上冷速慢的空冷淬火和熱浴淬火引起的變形則小得多,其變形脹大小于0.05％,而油淬發生收縮變形,其最大變形量達0.28％左右。然而,當冷卻速度的改變使工件的相變發生變化時,冷卻速度的增大卻并不一定會引起變形的增大,有時反而會使變形減小。例如,當低碳合金鋼淬火后由于心部含有大量鐵素體而發生收縮時,增大淬火冷卻速度心部得到更多的貝氏體可以有效的減小收縮變形。相反,若工件淬火后因心部獲得馬氏體而脹大時,減小冷卻速度從而減小心部的馬氏體相對量又能使脹大減小。淬火冷卻速度對淬火變形的影響是一個復雜的問題,但原則是在保證要求的組織和性能的前題下,應盡量減小淬火冷卻速度.