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鋼材淬火時(shí)硬度不足的解決方法有哪些?

淬火時(shí)硬度不足的解決方法

鋼材淬火時(shí)硬度不足的解決方法有哪些? 今天 我們就來(lái)一起討論一下: 在生產(chǎn)中,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)淬火后硬度不足情況,這是熱處理淬火過(guò)程中常見(jiàn)的缺陷?!坝捕炔蛔恪庇袃煞N表現(xiàn),一種表現(xiàn)為整個(gè)工件硬度值低,另一種表現(xiàn)為局部硬度不夠或出現(xiàn)軟點(diǎn)。當(dāng)出現(xiàn)硬度不足的現(xiàn)象時(shí),要用硬度試驗(yàn)或金相分析等方法分析是哪種“硬度不足”,然后從原材料、加熱工藝、冷卻介質(zhì)、冷卻方法以及回火溫度等方面找原因,從而找出解決辦法。


1 原材料方面

1.1 原材料選擇不當(dāng)或發(fā)錯(cuò)料

應(yīng)該用中碳鋼或高碳鋼制造的零件而錯(cuò)用低碳鋼,應(yīng)該用合金工具鋼制造的零件而錯(cuò)用普通高碳鋼都會(huì)造成硬度不足或出現(xiàn)軟點(diǎn)。例一:應(yīng)當(dāng)采用45鋼制造的齒輪,其淬火硬度應(yīng)為60HRC 左右,而錯(cuò)誤地選擇為25鋼,結(jié)果是硬度380HBS左右。


例2:應(yīng)該用 9Mn2V制造的模具,而錯(cuò)用成T8鋼,由于9Mn2V與T8鋼的火花較難分 辨,淬火時(shí)誤按9Mn2V的淬火工藝淬火,采用油冷,結(jié)果硬度只有50HRC左右。


以上兩種情況屬于整體硬度不足,可以用硬度試驗(yàn)或金相試驗(yàn)(25鋼淬火得到低碳馬氏體,如圖1所示,45鋼淬火得到中碳馬氏體,如圖2所示)來(lái)判定。

解決辦法: 

1)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇合適的材料; 

2)加強(qiáng)材料管理,材料進(jìn)庫(kù)前先進(jìn)行化學(xué)分析,然后分類作標(biāo)記,可以有效避免發(fā)錯(cuò)料;  

3)熱處理操作者應(yīng)當(dāng)在操作前進(jìn)行火花分析,以粗略鑒別零件材料是否符合圖紙要求;

4)當(dāng)工件截面較大或工件截面厚薄懸殊時(shí),若采用工具鋼,由于其淬透性不好,會(huì)造成大截面處內(nèi)部硬度偏低現(xiàn)象,此時(shí)應(yīng)改用淬透性好的合金鋼。

 

1.2 原材料顯微組織不均勻造成局部硬度不足或出現(xiàn)軟點(diǎn)

 顯微組織出現(xiàn)如下情況之一:碳化物偏析或聚集現(xiàn)象,如鐵素體聚集、出現(xiàn)石墨、嚴(yán)重魏氏體組織等都會(huì)出現(xiàn)硬度不足或軟點(diǎn)。

 

解決辦法:在淬火前進(jìn)行反復(fù)鍛打或預(yù)備熱處理 (如正火或均勻化退火)使組織均勻化。

 

2 加熱工藝方面

2.1 淬火加熱溫度低,保溫時(shí)間不足 

如亞共析鋼,當(dāng)加熱溫度在 Ac3與 Ac1之間(例如25#鋼淬火加熱溫度低于 860℃) 時(shí), 因鐵素體未完全溶入奧氏體,淬火后不能得到均勻一致的馬氏體,得到的是鐵素體和馬氏體,影響工件硬度。從金相分析可見(jiàn)未溶鐵素體 (如圖3所示)。

對(duì)于高碳鋼,特別是高合金鋼,如果加熱或保溫時(shí)間不足會(huì)造成珠光體不能向奧氏體轉(zhuǎn)變,而得不到馬氏體。在實(shí)際生產(chǎn)中,上述情況常常是由于儀表指示出現(xiàn)偏差(指示溫度偏高)或爐溫不均勻,使工件實(shí)際溫度偏低;對(duì)工件厚度估計(jì)錯(cuò)誤,引起保溫時(shí)間過(guò)短。


解決辦法: 

1)控制好加熱速度,避免加熱速度過(guò)快,造成爐溫不均勻,同時(shí)會(huì)造成過(guò)早保溫計(jì)時(shí),使保溫時(shí)間不足; 

2)經(jīng)常檢查溫度指示儀表是否完好準(zhǔn)確,避免出現(xiàn)指示儀表顯示到達(dá)溫度,而實(shí)際溫度不足的現(xiàn)象;

3)嚴(yán)格按材料手冊(cè)確定淬火加熱速度、加熱溫度,防止淬火溫度偏低或偏高;

4)正確估算材料厚度,特別是異形件。

 

2.2 淬火加熱溫度過(guò)高,保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng) 

對(duì)于工具鋼 (例如T8鋼),當(dāng)其淬火加熱溫度在780℃時(shí)得到的是奧氏體和碳化物(Fe3C ),此時(shí)奧氏體溶碳量稍高于0.77%,冷卻后奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。如果加熱溫度過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng),會(huì)造成碳化物 (Fe3C)中的碳大量溶入奧氏體,造成奧氏體溶碳量偏高,同時(shí)大大增加其穩(wěn)定性,使奧氏體向馬氏體(A→M) 轉(zhuǎn)變,溫度開(kāi)始下降,因而淬火后工件中保留了大量的殘余奧氏體 ,得到的組織為M+A’,由于殘余奧氏體具有奧氏體性能,即硬度低,因此造成淬火后硬度下降。加熱溫度及回火溫度對(duì)殘余奧氏體含量的影響 (見(jiàn)圖4所示 )。 

解決辦法:

1)嚴(yán)格控制淬火加熱溫度及保溫時(shí)間,防止過(guò)多的碳溶入奧氏體,控制加熱溫度更為重要; 

2)降低淬火冷卻速度,或采用分級(jí)淬火,使過(guò)冷奧氏體充分向馬氏體轉(zhuǎn)變;  

3)采用冷處理,使殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變; 

4)采用高溫回火,減少殘余奧氏體,硬度反而會(huì)增加。


2.3 淬火加熱時(shí),工件表面脫碳 

45#鋼淬火后,通過(guò)金相分析,其表面為鐵素體和低碳馬氏體,而磨除表面脫碳層后,硬度符合要求,這種情況經(jīng)常出現(xiàn)在箱式爐中未加保護(hù)或保護(hù)不良,或在脫氧不良的鹽浴中加熱,造成氧與工件中的碳原子反應(yīng)生成CO,使工件表面含碳量下降,至使其表面硬度不足。

 

解決辦法:

1)采用有保護(hù)氣氛的無(wú)氧化加熱爐,如用酒精、甲醇裂解的保護(hù)氣氛等方法; 

2)采用真空加熱淬火;  

3)對(duì)于一般箱式爐可應(yīng)用生鐵屑或木炭裝箱密封; 工件表面涂防氧化涂料; 爐內(nèi)放木炭;工件涂硼酸、酒精溶液后再加熱。

 

3 冷卻工藝問(wèn)題

3.1 淬火介質(zhì)選擇不當(dāng)

該用水淬或鹽浴的工件而采用油冷,則因冷卻能力不夠,冷卻速度過(guò)慢,在冷卻過(guò)程中奧氏體發(fā)生向珠光體類型組織轉(zhuǎn)變 ( A→P ),而得不到馬氏體(M) (特別是在工件芯部),致使工件的硬度偏低,如T 10制作的手錘在油中淬火,硬度只有 45HRC左右,通過(guò)金相分析,可見(jiàn)得到的是托氏體組織而不是馬氏體。

 

解決辦法:必須根據(jù)工件材料、形狀大小來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)。

 

3.2 淬火介質(zhì)溫度的影響

在水淬時(shí),大批零件連續(xù)淬火,如果沒(méi)有循環(huán)冷卻系統(tǒng),則造成水溫上升,冷卻能力下降(見(jiàn)表1),會(huì)出現(xiàn)淬不硬的現(xiàn)象。在油冷時(shí),開(kāi)始淬火時(shí)由于油的溫度低、流動(dòng)性差,因而冷卻能力不強(qiáng),造成淬不硬。

解決辦法:水淬時(shí)應(yīng)采用循環(huán)冷卻系統(tǒng),保持水溫在 20℃左右為宜; 油冷時(shí),特別是開(kāi)始時(shí)應(yīng)對(duì)其適當(dāng)加熱,使其溫度達(dá)到 80℃以上為宜,這就是淬火時(shí)常說(shuō)的“冷水熱油”的道理。

 

3.3 淬火時(shí)介質(zhì)過(guò)于陳舊

當(dāng)含有較多雜質(zhì)的堿(鹽)浴或水分過(guò)少時(shí),易產(chǎn)生淬火軟點(diǎn)。

 

解決辦法: 應(yīng)及時(shí)更換淬火介質(zhì)及控制堿(鹽)浴中的水分。

 

3.4 冷卻時(shí)間控制不當(dāng)

當(dāng)用碳鋼制造開(kāi)關(guān)復(fù)雜或截面較大零件時(shí),為防止其變形開(kāi)裂,采用水淬——油冷。零件在水中停留時(shí)間過(guò)短或從水中取出后在空氣中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)再轉(zhuǎn)入油中,由于零件自身溫度較高,特別是芯部冷卻速度慢,而不能得到均勻完全的馬氏體。

 

解決方法:恰當(dāng)控制水冷時(shí)間,若用鉗子夾持工件時(shí),當(dāng)手感覺(jué)不到振動(dòng)時(shí),立即轉(zhuǎn)入油中; 對(duì)于型腔較大模具應(yīng)將廢料先排除,減小工件厚度,然后再淬火。分級(jí)淬火時(shí),在鹽浴中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變?cè)斐捎捕炔蛔恪?/span>

 

總之,淬火不足現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,操作者應(yīng)根據(jù)不同情況,具體分析,找出原因加以可以克服的。

作者:周秀海、孫秀華

來(lái)源:《農(nóng)機(jī)使用與維修》雜志

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