钢的淬火回火工艺参数的确定

添加日期:2019-04-16作者:江苏匡集热度:544返回新闻中心

1 前言 
淬火是强化材料有效的热处理工艺方法,其工艺参数的选择直接影响着材料的性能。这就要求热处理工作者不断创新,改进工艺,有效地发挥出材料的潜力,节约能源,降低生产成本。本文简述了钢的淬回火炉工艺参数的确定及量化依据。 
2 淬火加热温度 
按常规工艺,亚共析钢的淬火加热温度为Ac3+(30~50℃);共析和过共析钢为Ac1+(30~50℃);合金钢的淬火加热温度常选用Ac1(或Ac3)+(50~100℃);高合金钢含有大量高熔点碳化物,要增大奥氏体化程度,淬火加热温度更高,有些已达到接近熔点的程度。 
与其相反,提高某些钢的淬火温度也可获得预想不到的结果。如热模具钢5CrMnMo、5CrNiMo钢的淬火温度由传统的860℃提高至920℃(高出30~80℃),加速了碳化物的溶解,增加了马氏体中的合金含量,组织均匀。可以获得大量的高位错马氏体,断裂韧度大大提高,红硬性更为优异,其使用寿命成倍提高。又如,H13钢淬火温度由1050℃提高至1100℃时,奥氏体晶粒并不明显长大,由于碳化物溶解加速,奥氏体中含碳及合金元素增多,其结果使δb、δ0.2(室温和500℃)及热疲劳性能提高,有利于延长H13钢的模具使用寿命。 
随着对亚共析钢所要求的性能而异,其淬火温度的选择有很大的灵活性。但是不论提高或是降低温度,均是以钢的临界点Ac3为主要依据。因此,正确掌握钢的Ac3点极其重要。近年来,热处理工作者发展了Ac3点计算模型。 
近年来,引进或国内新开发的工程机械斗齿用低合金耐磨钢,如ZG30CrMn2SiReB钢为亚共析钢,为发挥钢的潜力,获得耐磨性和的强韧性,所采用的淬火温度均高于传统温度90~120℃。这说明,钢的淬火温度对不同钢种和所要求的性能是有很大差别,不能一概而论,须跳出传统的约束。 
为了达到钢所要求的不同性能,淬火加热温度正在向高或低两个方面发展。亚温淬火就是将淬火温度降至Ac3点以下5~10℃的α+γ两相区,在保留大约10%~15%未溶铁素体状态进行淬火,在保证强度及较高硬度的同时,塑性、韧性得到改善,淬火变形或开裂明显减少,回火脆性也有所减弱。现已作为一种新的成熟工艺已获得国内外热处理工作者的共识。 
此外,还有人发现,以40Cr钢为代表的亚共析钢在Ac3点处有硬化峰出现,此温度淬火不仅可获得高的硬度,且各项力学性能也为佳值,掌握得当能充分发挥钢的潜力。 
高合金钢的淬火温度同样也有很大变动,由定性逐步向定量化过渡,使所选择的淬火温度更切合实际。有人提出平衡碳的概念,并由此决定正常淬火温度。 
平衡碳CS=0.033wW+0.063wMo+0.06wCr+0.2wV 
钢的碳饱和度A为钢中实际碳量C实与平衡碳CS之比,即A=C实/CS。由计算出的不同A值来决定所对应的佳淬火温度,可获得满意的质量要求。也有人提出以碳化物溶解温度为依据,决定高速钢淬火温度的方法,即 
TS(°F)=2310-200wC+40wV+8wW+5wMo±12 
T淬(°F)=TS-(35~50) 
用于制作模具的高速钢,在要求耐磨性的同时,还要具备的韧性,所选择的加热温度要比传统的低,一般按下式决定: 
W18Cr4V钢 T(℃)=1260-(64-HRC值)×10 
(2) 
W6Mo5Cr4V2钢T(℃)=1190-(64-HRC值)×10 
(3) 
式中 HRC——为模具要求硬度值。 
3 回火 
通常钢的回火炉工艺参数是依据钢所要求的硬度和力学性能从有关手册选择的,使用不仅麻烦,而且对新钢种也无从下手。为解决这类问题,热处理工作者作了大量工作,以回火动力学为依据总结推导出各种类型的回火专用式和通用式,为现场生产使用和工艺编制计算机化提供了条件。 
为了提高生产效率,开发出了快速回火工艺方法。快速回火原理是基于回火参数P与钢的性能和硬度的约束关系。即回火工艺参数相等时,所获得的硬度或力学性能基本相同。
4加热时间 
为了降低生产成本,提高生产效率,缩短加热时间是有效而简便的方法。经大量测试对比发现,确定加热时间的传统方法存在一些问题。有人试验提出表1所示加热时间更适合于实际,比传统加热时间明显减少。
 冷却 
5为了使钢淬火冷却更适宜,选择介质及冷却强度应依据钢的临界冷却速度。
 6 淬火效果评定 
钢的淬透性以往只能定性地从端淬图表上查得,使用不便。近年来,评定钢的淬透性逐步量化,即由相应的公式计算,直观方便且有的可靠性。
有些钢种仅采用硬度评定尚感不足,须配合组织观察和性能测试。如ZG30CrMn2SiReB钢,达到高的淬火硬度的工艺参数并非性能佳,而采用比获得高硬度更高的淬火温度,硬度虽然略有下降,但是耐磨性和强韧性为佳。 

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