研究了不同淬火+低溫回火工藝對(duì)T8 鋼力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，改進(jìn)工藝與常規(guī)工藝相比其性能均有所改善，并且采用充分預(yù)熱快速短時(shí)淬火強(qiáng)化工藝不僅變形小，性能好而且節(jié)省時(shí)間，提高生產(chǎn)效率,充分發(fā)揮材料潛力，降低了成本，延長(zhǎng)了工具的使用壽命。
T8鋼屬于高碳鋼，在實(shí)際生活中經(jīng)常被用做刃具，然而刃具在切削過程中刀刃與工件在切削之間強(qiáng)烈摩擦將導(dǎo)致嚴(yán)重磨損和切削熱，刃口局部區(qū)域極大的切削力、沖擊和振動(dòng)將可能導(dǎo)致刃具崩刃或折斷。特別是在切削過程中受到彎曲、剪切、沖擊、扭轉(zhuǎn)、震動(dòng)、摩擦等力的同時(shí)還產(chǎn)生熱量，有時(shí)可使刀刃溫度升到600℃以上甚至更高，刃部發(fā)生磨耗，將直接影響刃具的使用壽命。因此，研究不同的淬火+低溫回火藝對(duì)T8 鋼力學(xué)性能的影響有十分重要的意義，所以應(yīng)尋求一種工藝去改善這種現(xiàn)象，這就是本文研究的主要目的。
1、實(shí)驗(yàn)材料及方法
實(shí)驗(yàn)所采用的材料為準(zhǔn)20mm伊4m的碳素工具鋼T8鋼，先切割成長(zhǎng)180mm的短棒，然后銑成10mm伊10mm伊55mm 的標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣。然后對(duì)試樣進(jìn)行熱處理。先進(jìn)行球化退火處理，其工藝為750～780℃加熱，保溫3h，爐冷到680℃保溫4h，隨爐冷到550℃出爐空冷。然后最終熱處理，其工藝如表1所示。對(duì)熱處理后的試樣進(jìn)行洛氏硬度測(cè)試和沖擊試驗(yàn)，沖擊試驗(yàn)采用一次沖擊擺錘試驗(yàn)。
表1 最終熱處理工藝規(guī)范
2、結(jié)果與討論
2.1、熱處理工藝對(duì)T8 鋼性能的影響
不同熱處理后T8 鋼的性能變化如表2 所示。可以看出，第一種常規(guī)熱處理工藝下的硬度和沖擊性能均較低，而改進(jìn)后的其他幾種工藝在性能上均有所提高，第2#種工藝與第3#種工藝分別為相同的冷卻介質(zhì)但不同的冷卻順序，就這一點(diǎn)給結(jié)果帶來非常的不同，在第3#種工藝中有可能是因?yàn)樗睦鋮s速度很快，淬火形成的馬氏體是隱晶狀的，在奧氏體中的碳化物以均勻細(xì)小的形式析出，相當(dāng)于一種細(xì)晶強(qiáng)化，在所有的強(qiáng)化中唯有細(xì)晶強(qiáng)化即能提高硬度同時(shí)又能提高韌性。而油在高溫區(qū)的冷卻能力很低，使得淬硬層比較薄，表面組織回火馬氏體，所以硬度變化應(yīng)該不是很明顯，但由于油的冷速很慢以至于生成不完全淬火組織，使韌性有所改善。
表2 不同工藝的試驗(yàn)數(shù)據(jù)
第3#種工藝是本論文的核心所在：常規(guī)的熱處理方案為780℃淬火保溫30min，水淬，再200℃回火1h，而改進(jìn)的工藝為先在650~680℃預(yù)熱5min然后780～800℃加熱2min 水淬油冷，淬入水溶液2s再200℃回火1h，是一種典型的高溫快速短時(shí)間保溫的熱處理工藝。對(duì)這兩種工藝進(jìn)行比較可知，第3#種工藝的韌性和硬度都比常規(guī)的要高，雖然工序有點(diǎn)煩瑣，但可以節(jié)省20%的時(shí)間，而且對(duì)于T8鋼按常規(guī)熱處理淬火后，耐磨性較高，但韌性很低，如沖頭等工件常因韌性不足而折斷。采用充分預(yù)熱快速短時(shí)淬火強(qiáng)化工藝不僅變形小，性能好而且提高生產(chǎn)效率。充分發(fā)揮材料潛力，降低了成本，延長(zhǎng)了工具的使用壽命。
2.2、熱處理工藝對(duì)T8 鋼組織的影響
從圖1(a)中可看出，T8 鋼常規(guī)熱處理后的組織是回火馬氏體及少量殘余奧氏體和未溶解彌散細(xì)小的碳化物，T8 鋼的亞溫淬火是從低溫加熱升溫進(jìn)入臨界區(qū)，故原碳化物尚未完全溶解，而尚未溶解的碳化物細(xì)小且均勻分布，這對(duì)T8 鋼韌性的提高有良好的作用。由于殘余奧氏體的存在使裂紋的擴(kuò)展變得困難(因受塑性變形或產(chǎn)生部分馬氏體轉(zhuǎn)變使應(yīng)力松弛)，使鋼的脆性降低，故綜合性能比較可觀。
圖1 不同工藝處理后的試樣的金相組織照片
從圖1(b)中可看出，其組織為回火馬氏體、極少量殘余奧氏體，以及呈點(diǎn)狀的碳化物。由于組織細(xì)致，細(xì)節(jié)不太明顯。這種組織的形成是鋼在臨界溫度下的加熱過程中，通過奧氏體相區(qū)臨界溫度的冷卻速度過于緩慢，致使過剩碳化物有足夠的機(jī)會(huì)沿著晶界析出。這種過剩的碳化物不能用正常的淬火溫度來消除，因?yàn)榕帕性诰Ы缟陷^大的碳化物顆粒不易溶解，同時(shí)碳化物的密集程度也比較大，需要足夠高的加熱溫度和充足的保溫時(shí)間才能溶入奧氏體，這種條件下卻往往容易引起淬火組織的粗大。從圖1(c)中可看出，其組織為回火細(xì)馬氏體和均勻分布的小顆粒狀碳化物與極小量殘余奧氏體，綜合性能比較好。
3、結(jié)論
(1) 相同的冷卻介質(zhì)不同的冷卻順序?qū)π阅芸梢援a(chǎn)生較大的影響。
(2) 不同的淬火加熱溫度對(duì)碳鋼的沖擊韌度和硬度有較大的影響，總的規(guī)律是：隨淬火溫度的升高，沖擊韌度增加，而硬度下降。
(3) 采用預(yù)熱方法提高了加熱速度，使其性能也得到很大的改善。
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