金属材料淬火新工艺.doc

金属材料淬火新工艺在长期的生产实践和科学实验中人们对金属内部组织状态变化规律的认识不断深入特别是从60年代以来透射电镜和电子衍射技术的应用各种测试技术的不断完善在研究马氏体形态、亚结构及其与力学性能的关系获得不同形态及亚结构的马氏体的条件第二相的形态、大小、数量及分布对力学性能影响等方面都取得了很大的进展建立在这些基础上的淬火新工艺也层出不穷。㈠循环快速加热淬火淬火、回火钢的强度与奥氏体晶粒大小有关晶粒愈细强度愈高因而如何获得高于10级晶粒度的超细晶粒是提高钢的强度的重要途径之一。钢经过α→γ→α多次相变重结晶可使晶粒不断细化；提高加热速度增多结晶中心也可使晶粒细化。循环快速加热淬火即为根据这个原理获得超细晶粒从而达到强化的新工艺。例如45钢在815℃的铅浴中反复加热淬火4-5次可使奥氏体晶粒由6级细化到12～15级；又如20CrNi9Mo钢用3000赫芝200千瓦中频感应加热装置以11℃/s的速度加热到760℃然后水淬使σs由960MN/m2增加到1215MN/m2气由1107MN/m2增加到1274MN/m2而延伸率保持不变均为18%。㈡高温淬火这里高温系相对正常淬火加热温度而言低碳钢和中碳钢若用较高的淬火温度则可得到板条状马氏体或增加板条马氏体的数量从而获得良好的综合性能。从奥氏体的含碳量与马氏体形态关系的实验证明含碳量小于0.3％的钢淬火所得的全为板条状马氏体。但是普通低碳钢淬透性极差若要获得马氏体除了合金化提高过冷奥氏体的稳定性外只有提高奥氏体化温度和加强淬火冷却方可。例如用16Mn钢制造五铧犁犁臂采用940℃在10％NaOH水溶液中淬火并低沮回火可获得良好效果。中碳钢经高温淬火可使奥氏体成分均匀：得到较多的析条状马氏体以提高其综合性能。例如AISl4340钢870℃淬油后200℃回火其σs为1621MN/m2断裂韧性Kc为67.6MN/m而在1200℃加热预冷至870℃淬油后200℃回火σs为1586MN/m2断裂韧性Kc为81.8MN/m。若在淬火状态进行比较高温淬火的断裂韧性比普通淬火的几乎提高一倍。金相分析表明高温淬火避免了片状马氏体(孪晶马氏体)的出现全部获得了板条状马氏体。此外在马氏体板条外面包着一层厚100-200朋残余奥氏体能对裂纹尖端应力集中起到缓冲作用因而提高了断裂韧性．㈢高碳钢低温、快速、短时加热淬火高碳钢件一般在低温回火条件下虽然具有很高的强度但韧性和塑性很低。为了改善这些性能目前采用了一些特殊的新工艺。高碳、低合金钢采用快速、短时加热。因为高碳低合金钢的淬火加热温度一般仅稍高于Ac1点碳化物的溶解、奥氏体的均匀化靠延长时间来达到。如果采用快速短时加热奥氏体中含碳量低因而可以提高韧性。例如T10V钢制凿岩机活塞采用720℃预热16分钟850℃盐浴短时加热8分钟淬火220℃回火72分钟、使用寿命由原来平均进尺500m提高至4000m。如前所述高合金工具钢一般采用比Ac1点高得多的淬火温度如果降低淬火温度使奥氏体中含碳量及合金元素含量降低则可提高韧性。例如用W18Cr4V高速钢制冷作棋具采用1190℃低温淬火其强度和耐磨性比其它冷作模具钢高并且韧性也较好。㈣亚共析钢的亚温淬火亚共析钢在Ac1～Ac3之间的温度加热淬火称为亚温淬火．意即比正常淬火温度低的温度下淬火．其目的是提高冲击韧性值降低冷脆转变温度及回火脆倾向性经930℃淬火+650℃回火+800℃亚温淬火的韧性随着回火温度的升高而单调提高没有回火脆性亚温淬火之所以能提高韧性及消除回火脆性的原因尚不清楚。有人认为主要是由于残存着铁素体使脆化杂质原子P、Sb等在铁索体富集之故。有人研究了直接应用亚温淬火(不是作为中间处理的再加热淬火)时淬火温度对45、40Cr及60Si2钢力学性能的影响发现在Ac1到Ac3之间的淬火温度对力学性能的影响有一极大值。在Ac3以下5～10℃处淬火时硬度、强度及冲击值都达到最大值且略高于普通正常淬火。而在稍高于Ac1的某个温度淬火时冲击值最低。认为这可能是由于淬火组织为大量铁素体及高碳马氏体之故。显然亚温淬火对提高韧性消除回火脆性有特殊重要的意义。它既可在预淬火后进行、也可直接进行。淬火温度究竟应选择多高实验数据尚不充分看法不完全一致。但是为了保证足够的强度并使残余铁索体均匀细小亚温淬火温度以选在稍低于Ac1的温度为宜．㈤等温淬火的发展近年来的大量实践证明在同等硬度或强度条件下等温淬火的韧性和断裂韧性比淬火低温回火的高。因此人们在工艺上如何设法获得下贝氏体组织作丁很多努力发展了不少等温淬火的方法现简单介绍如下：⒈预冷等温淬火该法采用两个温度不等的盐浴工件加热后先在温度较低的盐浴中进行冷却然后转入等温淬火浴槽中进行下贝氏体转变；再取出后空