在熱處理工藝中淬火工序造成的廢品率往往較高,這主要是在淬火過程中,同時(shí)形成較大的熱應(yīng)力與組織應(yīng)力,此外,由于材料內(nèi)在的冶金缺陷、選材不當(dāng)、錯(cuò)料、設(shè)計(jì)上的結(jié)構(gòu)工藝性差、冷、熱加工過程中形成的缺陷等因素,均容易在淬火、回火工藝中暴露出來,因此對零部件淬火、回火后的缺陷必須進(jìn)行系統(tǒng)的分折與調(diào)査。
淬火缺陷與預(yù)防
鋼件淬火時(shí)最常見的缺陷有淬火變形、開裂、氧化、脫碳、硬度不足或不均勻、表面腐蝕、過燒、過熱及其他按質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定金相組織不合格等。
1.淬火變形與淬火裂紋
在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)該根據(jù)淬火變形與淬火裂紋的形成原因采取有效的預(yù)防措施。
(1)盡量做到均勻加熱及正確加熱
工件形狀復(fù)雜或截面尺寸相差懸殊時(shí),常因加熱不均勻而變形。為此,工件在裝爐前,對不需淬硬的孔及截面突變處,應(yīng)采用石棉繩堵塞或綁扎等辦法,以改善其受熱條件,對一些薄壁圓環(huán)等易變形零件,可設(shè)計(jì)特定淬火夾具。這些措施既有利于加熱均勻,又有利于冷卻均勻。
工件在爐內(nèi)加熱時(shí),應(yīng)均勻放置,防止單面受熱,應(yīng)放平,避免工件在髙溫塑性狀態(tài)因自重而變形。對細(xì)長零件及袖類零件盡量采用井式爐或鹽爐垂直懸掛加熱。
限制或降低加熱速度,可減少工件截面溫差,使加熱均勻。因此對大型鍛模、髙速鋼及高合金鋼工件,以及形狀復(fù)雜、厚薄不勻、要求變形小的零件,一般都采用預(yù)熱加熱或限制 加熱速度的措施。
合理選擇淬火加熱溫度,也是減少或防止變形、開裂的關(guān)鍵。選擇下限淬火溫度,減少工件與淬火介質(zhì)的溫差,可以降低淬火冷卻高溫階段的冷卻速度,從而可以減少淬火冷卻時(shí)的熱應(yīng)力。另外,也可防止晶粒粗大。這樣可以防止變形開裂。
有時(shí)為了調(diào)節(jié)淬火前后的體積變形量,也可適當(dāng)提高淬火加熱溫度。例如CrWMn、Cr12Mo等高碳合金鋼,常利用調(diào)整加熱溫度,改變其馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)以改變殘余奧氏體含量,以調(diào)節(jié)零件的體積變形。
(2)正確選擇冷卻方法和冷卻介質(zhì)的基本原則
?盡可能采用預(yù)冷,即在工件淬入淬火介質(zhì)前,盡可能緩慢地冷卻至Ar附近,以減少工件內(nèi)溫差。?在保證滿足淬硬層深度及硬度要求的前提下,盡可能采用冷卻緩饅的淬火介質(zhì)。
?盡可能減慢在Ms點(diǎn)以下的冷卻速度。合理地選擇和采用分級或等溫淬火工藝。
(3)正確選擇淬火工件浸入淬火介質(zhì)的方式和運(yùn)行方向的基本原則
?淬火時(shí)應(yīng)盡量保證能得到最均勻的冷卻。?以最小阻力方向淬入。
大批量生產(chǎn)的薄畫環(huán)類零件、薄板形零件、形狀復(fù)雜的凸輪盤和圓錐齒輪等,在自由冷卻時(shí),很難保證尺寸精度的要求。為此,可以采取壓床淬火,即將零件置于專用的壓床模具中,再加上一定的壓力后進(jìn)行冷卻〈噴油或噴水)由于零件的形狀和尺寸受模具的限制, 因而可能使零件的變形限制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。
進(jìn)行及時(shí)、正確的回火在生產(chǎn)中,有相當(dāng)一部分工件,并非在淬火時(shí)開裂,而是 由于淬火后未及時(shí)回火而開裂。這是因?yàn)樵诖慊鹜A暨^程中,存在于工件內(nèi)的微細(xì)裂縫在很大的淬火應(yīng)力作用下,融合、擴(kuò)展,以至其尺寸達(dá)到斷裂臨界裂縫尺寸,從而發(fā)生延時(shí)斷裂。實(shí)踐證明,淬火不冷到底并及時(shí)回火,是防止開裂的有效措施。對于形狀復(fù)雜的高碳鋼和高碳合金鋼,淬火后及時(shí)回火尤為重要。
工件的扭曲變形可以通過矯直來校正,但必須在工件塑性允許的范圍之內(nèi)。有時(shí)也可利用回火加熱時(shí)用特定的校正夾具進(jìn)行校正。對體積變形有時(shí)也可通過補(bǔ)充的研磨加工來修正,但這僅限于孔、槽尺寸縮小,外圃增大等情況。淬火體積變形往往是不可避免的。但只要通過實(shí)驗(yàn),掌握其變形規(guī)律,則可根據(jù)其脹縮量,在淬火前成形加工時(shí),適當(dāng)加以修正,就可在淬火后得到合乎要求的幾何尺寸。工件一旦出現(xiàn)淬火裂紋,則報(bào)廢。
2、氧化與脫碳、過熱與過燒
3、硬度不足
造成淬火工件硬度不足的原因如下。
?(1)加熱溫度過低,保溫時(shí)間不足。檢查金相組織時(shí),在亞共析鋼中可以看到未溶鐵素體,在工具鋼中可以看到較多未溶碳化物。
(2)?表面脫碳引起表面硬度不足。磨去表層后所測得的硬度比表面高。
(3)?冷卻速度不夠,在金相組織上可以看到黑色屈氏體沿晶界分布。
(4)鋼材淬透性不夠,截面大處淬不硬。
(5)采用中斷淬火時(shí),在水中停留時(shí)間過短,或自水中取出后,在空氣中停留時(shí)間過長再轉(zhuǎn)人油中,因冷卻不足或自回火而導(dǎo)致硬度降低。
(6)工具鋼淬火溫度過高,殘余奧氏體量過多,影響硬度。
當(dāng)出現(xiàn)硬度不足時(shí),應(yīng)分析其原因,采取相應(yīng)的措施。其中由于加熱溫度過高或過低引起的硬度不足,除對已出現(xiàn)缺陷進(jìn)行回火,再重新加熱淬火補(bǔ)救外,應(yīng)嚴(yán)格管理爐溫測控儀表,定期按計(jì)量傳遞系統(tǒng)進(jìn)行校正及檢修。
4、硬度不均勻
硬度不均勻就是工件淬火后有軟點(diǎn),產(chǎn)生淬火軟點(diǎn)的原因如下:
(1)?工件表面有氧化皮及污垢等;
?(2)淬火介質(zhì)中有雜質(zhì),如水中有油,使淬火后產(chǎn)生軟點(diǎn);
?(3)工件在淬火介質(zhì)中冷卻時(shí),冷卻介質(zhì)的攪動不夠,沒有及時(shí)趕走工件的凹槽及大截面處形成的氣泡而產(chǎn)生軟點(diǎn);
(4)滲碳件表面碳濃度不均勻,淬火后硬度不均勻;
(5)淬火前原始組織不均勻,例如有嚴(yán)重的碳化物偏析,或原始組織粗大,鐵素體呈大塊狀分布。
對前三種情況,可以進(jìn)行一次回火、再次加熱,在恰當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)及冷卻方法的條件下淬火補(bǔ)救。對后兩種情況,如淬火后不再加工,則一旦出現(xiàn)玦陷,很難補(bǔ)救。對尚未成形加工的工件,為了消除碳化物偏析或粗大,可用不同方向的鍛打來改變其分布及形態(tài)。對粗大組織可再進(jìn)行一次退火或正火,使組織細(xì)化及均勻化。
5、組織缺陷
有些零件,根據(jù)服役條件,除要求一定的硬度外,還對金相組織有一定的要求,例如對中碳或中碳合金鋼淬火后馬氏體尺寸大小的規(guī)定,可按標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行評級。馬氏體尺寸過大,表明淬火溫度過髙,稱為過熱組織。對游離鐵索體數(shù)量也有規(guī)定,過多表明加熱不足,或淬火冷卻速度不夠。其他如工具鋼、髙速鋼,也相應(yīng)地對奧氏體晶粒度、殘余奧氏體量、碳化物數(shù)量及分布等有所規(guī)定。對這些組織缺陷也均應(yīng)根據(jù)淬火具體條件分析其產(chǎn)生原因,采取相應(yīng)措施預(yù)防及補(bǔ)救。但應(yīng)注意,有些組織缺陷還與淬火前的原始組織有關(guān)。例如粗大馬氏體,不僅淬火加熱溫度過髙可以產(chǎn)生,還可能由于淬火前的熱加工所殘留的過熱組織遺傳所致,因此,在淬火前應(yīng)采用退火等辦法消除過熱組織。
回火缺陷與預(yù)防
生產(chǎn)中常見的回火缺陷有:硬度過高或過低,硬度不均勻,以及回火產(chǎn)生變形及脆性等。
回火硬度過高、過低或不均勻,主要是由于回火溫度過低,過髙或爐溫不均勻所造成的。回火后硬度過高還可能是由于回火時(shí)間過短。這類問題可以通過調(diào)整回火溫度等來控制。硬度不均勻的原因,可能是由于一次裝爐量過多,或選用加熱爐不當(dāng)所致。如果回火在氣體介質(zhì)爐中進(jìn)行,爐內(nèi)應(yīng)有氣流循環(huán)風(fēng)扇,否則爐內(nèi)溫度不可能均勻。
回火后工件發(fā)生變形,常由于回火前工件內(nèi)應(yīng)力不平衡,回火時(shí)應(yīng)力松弛或產(chǎn)生應(yīng)力重新分布所致。要避免回火后變形,或采用多次校直多次加熱,或采用壓具回火等措施。
髙速鋼表面脫碳后,在回火過程中可能形成網(wǎng)狀裂紋。因?yàn)楸砻婷撎己螅R氏體的比體積減少,以致產(chǎn)生多向拉應(yīng)力而形成網(wǎng)狀裂紋,此外,高碳鋼件在回火時(shí),如果加熱過快,表面先回火,比體積減少,產(chǎn)生多向拉應(yīng)力,從而產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋。回火后脆性的出現(xiàn),主要由于所選回火溫度不當(dāng),或回火后冷卻速度不夠(第二類回火脆性)所致。因此,防止脆性的出現(xiàn),應(yīng)正確選擇回火溫度和冷卻方式。一旦出現(xiàn)回火脆性,對第一類回火脆性,只有通過重新加熱淬火,另選溫度回火;對第二類回火脆性,可以采取重新加熱回火,然后加速回火后冷卻速度的方法消除。
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