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，這是熱處理淬火過程中常見的缺陷。“硬度不足”有兩種表現(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)間過短。
解決辦法:
1）控制好加熱速度，避免加熱速度過快，造成爐溫不均勻，同時(shí)會(huì)造成過早保溫計(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 淬火加熱溫度過高，保溫時(shí)間過長
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。如果加熱溫度過高或保溫時(shí)間過長，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，冷卻速度過慢，在冷卻過程中奧氏體發(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，通過金相分析，可見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，如果沒有循環(huán)冷卻系統(tǒng)，則造成水溫上升，冷卻能力下降（見表1），會(huì)出現(xiàn)淬不硬的現(xiàn)象。在油冷時(shí)，開始淬火時(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)常說的“冷水熱油”的道理。
3.3 淬火時(shí)介質(zhì)過于陳舊
當(dāng)含有較多雜質(zhì)的堿(鹽)浴或水分過少時(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)用碳鋼制造開關(guān)復(fù)雜或截面較大零件時(shí)，為防止其變形開裂，采用水淬——油冷。零件在水中停留時(shí)間過短或從水中取出后在空氣中停留時(shí)間過長再轉(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)間過長發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變造成硬度不足。
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
來源：《農(nóng)機(jī)使用與維修》雜志
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