濟(jì)南市鴻慷機(jī)電設(shè)備有限公司位于交通便利的泉城濟(jì)南，是全球生產(chǎn)滾動(dòng)軸承和直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)---德國舍弗勒集團(tuán)在山東的授權(quán)代理商。公司專營舍弗勒集團(tuán)旗下兩大品牌德國INA軸承和德國FAG軸承，是一家順應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要而誕生的專業(yè)化新型高端軸承公司。多年來一直從事軸承的銷售和售后技術(shù)支持，在機(jī)械行業(yè)技術(shù)方面有著非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，今天濟(jì)南鴻慷機(jī)電進(jìn)口軸承專家為大家介紹一下金屬材料淬火新工藝。

  金屬材料淬火新工藝

  在長期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，人們對金屬內(nèi)部組織狀態(tài)變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)不斷深入，特別是從60年代以來，透射電鏡和電子衍射技術(shù)的應(yīng)用，各種測試技術(shù)的不斷完善，在研究馬氏體形態(tài)、亞結(jié)構(gòu)及其與力學(xué)性能的關(guān)系，獲得不同形態(tài)及亞結(jié)構(gòu)的馬氏體的條件，第二相的形態(tài)、大小、數(shù)量及分布對力學(xué)性能影響等方面，都取得了很大的進(jìn)展，建立在這些基礎(chǔ)上的淬火新工藝也層出不窮。

  ㈠循環(huán)快速加熱淬火

  淬火、回火鋼的強(qiáng)度與奧氏體晶粒大小有關(guān)，晶粒愈細(xì)，強(qiáng)度愈高，因而如何獲得高于10級晶粒度的超細(xì)晶粒是提高鋼的強(qiáng)度的重要途徑之一。鋼經(jīng)過α→γ→α多次相變重結(jié)晶可使晶粒不斷細(xì)化；提高加熱速度，增多結(jié)晶中心也可使晶粒細(xì)化。循環(huán)快速加熱淬火即為根據(jù)這個(gè)原理獲得超細(xì)晶粒從而達(dá)到強(qiáng)化的新工藝。例如45鋼，在815℃的鉛浴中反復(fù)加熱淬火4-5次，可使奧氏體晶粒由6級細(xì)化到12～15級；又如20CrNi9Mo鋼，用3000赫芝200千瓦中頻感應(yīng)加熱裝置以11℃/s的速度加熱到760℃，然后水淬，使σs由960MN/m2增加到1215MN/m2，氣由1107MN/m2，增加到1274MN/m2，而延伸率保持不變，均為18%。

  ㈡高溫淬火

  這里高溫系相對正常淬火加熱溫度而言，低碳鋼和中碳鋼若用較高的淬火溫度，則可得到板條狀馬氏體，或增加板條馬氏體的數(shù)量，從而獲得良好的綜合性能。

  從奧氏體的含碳量與馬氏體形態(tài)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)證明，含碳量小于0.3％的鋼淬火所得的全為板條狀馬氏體。但是，普通低碳鋼淬透性極差，若要獲得馬氏體，除了合金化提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性外，只有提高奧氏體化溫度和加強(qiáng)淬火冷卻方可。例如用16Mn鋼制造五鏵犁犁臂，采用940℃在10％NaOH水溶液中淬火并低沮回火，可獲得良好效果。

  中碳鋼經(jīng)高溫淬火可使奧氏體成分均勻：得到較多的析條狀馬氏體，以提高其綜合性能。例如AISl4340鋼，870℃淬油后，200℃回火，其σs為1621MN/m2， 斷裂韌性Kc為67.6MN/m，而在1200℃加熱，預(yù)冷至870℃淬油后200℃回火，σs為1586MN/m2，斷裂韌性Kc為81.8MN/m。 若在淬火狀態(tài)進(jìn)行比較，高溫淬火的斷裂韌性比普通淬火的幾乎提高一倍。金相分析表明，高溫淬火避免了片狀馬氏體(孿晶馬氏體)的出現(xiàn)，全部獲得了板條狀馬氏體。此外，在馬氏體板條外面包著一層厚100-200朋殘余奧氏體，能對裂紋尖端應(yīng)力集中起到緩沖作用，因而提高了斷裂韌性．

  ㈢高碳鋼低溫、快速、短時(shí)加熱淬火

  高碳鋼件一般在低溫回火條件下，雖然具有很高的強(qiáng)度，但韌性和塑性很低。為了改善這些性能，目前采用了一些特殊的新工藝。

  高碳、低合金鋼，采用快速、短時(shí)加熱。因?yàn)楦咛嫉秃辖痄摰拇慊鸺訜釡囟纫话銉H稍高于Ac1點(diǎn)，碳化物的溶解、奧氏體的均勻化，靠延長時(shí)間來達(dá)到。如果采用快速，短時(shí)加熱，奧氏體中含碳量低，因而可以提高韌性。例如T10V鋼制鑿巖機(jī)活塞，采用720℃預(yù)熱16分鐘，850℃鹽浴短時(shí)加熱8分鐘淬火，220℃回火72分鐘、使用壽命由原來平均進(jìn)尺500m提高至4000m。如前所述，高合金工具鋼一般采用比Ac1點(diǎn)高得多的淬火溫度，如果降低淬火溫度，使奧氏體中含碳量及合金元素含量降低，則可提高韌性。例如用W18Cr4V高速鋼制冷作棋具，采用1190℃低溫淬火，其強(qiáng)度和耐磨性比其它冷作模具鋼高，并且韌性也較好。

  ㈣亞共析鋼的亞溫淬火

  亞共析鋼在Ac1～Ac3之間的溫度加熱淬火稱為亞溫淬火．意即比正常淬火溫度低的溫度下淬火．其目的是提高沖擊韌性值，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度及回火脆傾向性，經(jīng)930℃淬火+650℃回火+800℃亞溫淬火的韌性，隨著回火溫度的升高而單調(diào)提高，沒有回火脆性，亞溫淬火之所以能提高韌性及消除回火脆性的原因尚不清楚。有人認(rèn)為主要是由于殘存著鐵素體，使脆化雜質(zhì)原子P、Sb等在鐵索體富集之故。有人研究了直接應(yīng)用亞溫淬火(不是作為中間處理的再加熱淬火)時(shí)淬火溫度對45、40Cr及60Si2鋼力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)在Ac1到Ac3之間的淬火溫度對力學(xué)性能的影響有一極大值。在Ac3以下5～10℃處淬火時(shí)，硬度、強(qiáng)度及沖擊值都達(dá)到最大值，且略高于普通正常淬火。而在稍高于Ac1的某個(gè)溫度淬火時(shí)沖擊值最低。認(rèn)為這可能是由于淬火組織為大量鐵素體及高碳馬氏體之故。

  顯然，亞溫淬火對提高韌性，消除回火脆性有特殊重要的意義。它既可在預(yù)淬火后進(jìn)行、也可直接進(jìn)行。淬火溫度究竟應(yīng)選擇多高，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)尚不充分，看法不完全一致。但是為了保證足夠的強(qiáng)度，并使殘余鐵索體均勻細(xì)小，亞溫淬火溫度以選在稍低于Ac1的溫度為宜．

  ㈤等溫淬火的發(fā)展

  近年來的大量實(shí)踐證明，在同等硬度或強(qiáng)度條件下，等溫淬火的韌性和斷裂韌性比淬火低溫回火的高。因此，人們在工藝上如何設(shè)法獲得下貝氏體組織作丁很多努力，發(fā)展了不少等溫淬火的方法，現(xiàn)簡單介紹如下：

  ⒈預(yù)冷等溫淬火

  該法采用兩個(gè)溫度不等的鹽浴，工件加熱后，先在溫度較低的鹽浴中進(jìn)行冷卻，然后轉(zhuǎn)入等溫淬火浴槽中進(jìn)行下貝氏體轉(zhuǎn)變；再取出后空冷。該法適用于淬透性較差或尺寸較大的工件．用低溫鹽浴預(yù)冷以增加冷卻速度，避免自高溫冷卻時(shí)發(fā)生部分珠光體或上貝氏體轉(zhuǎn)變。例如(0.5～0.5)％C十0．5％Mn鋼制3mm厚的收割機(jī)刀片，用普通等溫淬火硬度達(dá)不到要求，而改用先在250℃鹽浴中冷卻30秒種，然后移人320℃鹽浴中保持30分鐘，則達(dá)到要求。

  ⒉預(yù)淬等溫淬火

  將加熱好的工件先淬人溫度低于Ms點(diǎn)的熱浴以獲得，10％的馬氏體，然后移入等溫淬火槽中等溫進(jìn)行下貝氏體轉(zhuǎn)變，取出空冷，再根據(jù)性能要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡蜏鼗鼗穑?dāng)預(yù)淬中獲得的馬氏體量不多時(shí)，也可以不進(jìn)行回火。

  該法是利用預(yù)淬所得的馬氏體對貝氏體的催化作用，來縮短貝氏體等溫轉(zhuǎn)變所需時(shí)間。因而該法適用于某些合金工具鋼下貝氏體等溫轉(zhuǎn)變需要較長時(shí)間的場合。在等溫轉(zhuǎn)變過程中，預(yù)淬得到的馬氏體進(jìn)行了回火。

  ⒊分級等溫淬火

  在進(jìn)行下貝氏體等溫轉(zhuǎn)變之前，先在中溫區(qū)進(jìn)行一次(或二次)分級冷卻的工藝。該種工藝可減少熱應(yīng)力及組織應(yīng)力，工件變形開裂傾向性小，同時(shí)還能保持強(qiáng)度、塑性的良好配合，適合于高合金鋼(如高速鋼等)復(fù)雜形狀工具的熱處理。

  ㈥其它淬火方法

  此外，尚有液氮淬火法，即將工件直接淬入－196℃的液態(tài)氮中。因?yàn)橐旱钠瘽摕彷^小，僅為水的十一分之一，工件淬入液氮后立即被氣體包圍，沒有普通淬火介質(zhì)冷卻的三個(gè)階段，因而變形、開裂較少，冷速比水大五倍。液氮淬火可使馬氏體轉(zhuǎn)變相當(dāng)完全，殘余奧氏體量極少，可以同時(shí)獲得較高的硬度、耐磨性及尺寸穩(wěn)定性。但成本較高，只適用于形狀復(fù)雜的零件。

  流態(tài)化床淬火的應(yīng)用也日益廣泛。因其冷卻速度可調(diào)(相當(dāng)于空氣到油的冷卻能力)，且在表面不形成蒸汽膜，故工件冷卻均勻，撓曲變形小。由于冷卻速度可在相當(dāng)于空冷至油冷的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，因而可實(shí)現(xiàn)程序控制冷卻過程。它可以代替中斷淬火、分級淬火等規(guī)程來處理形狀復(fù)雜、變形要求嚴(yán)格的重要零件及工模具。

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