鋼鐵零件淬火后總會(huì)或多或少的留有一些未轉(zhuǎn)化的殘留奧氏體。過多的殘留奧氏體對(duì)零件的使用壽命和硬度不利，會(huì)造成軟點(diǎn)和尺寸的不穩(wěn)定性，但適量的殘留奧氏體可以提高零件的疲勞強(qiáng)度。我們可以通過控制殘留奧氏體來控制產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命，以達(dá)到預(yù)期效果。
1.殘留奧氏體對(duì)各類零件的影響
（1）滾動(dòng)軸承要求有良好的耐磨性、高的滾動(dòng)疲勞強(qiáng)度和好的尺寸精度穩(wěn)定性，在常用應(yīng)力水平下殘留奧氏體對(duì)疲勞壽命影響不大。實(shí)際生產(chǎn)中軸承鋼淬火后，一般不經(jīng)過冷處理。
（2）齒輪一般也不需冷處理。殘留奧氏體有利于其疲勞壽命的增加。
（3）對(duì)工具鋼，殘留奧氏體可增加耐沖擊性。對(duì)于切削工具，殘留奧氏體降低硬度使切削性能變壞。對(duì)鉆頭、絲錐等主要承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的工具，適量的殘留奧氏體是有利的。對(duì)壓力加工的模具鋼，尤其沖頭適量的殘留奧氏體是有益的。殘留奧氏體相對(duì)于馬氏體來說，殘留奧氏體似海綿，可緩沖沖擊，提高韌性，提高表面接觸疲勞強(qiáng)度，延長沖頭使用壽命。
（4）對(duì)量具，殘留奧氏體不利于保證尺寸精度，必須用冷處理盡可能地消除殘留奧氏體。
2.殘留奧氏體影響因素分析
隨著合金元素的提高，含碳量的增加，淬火中間停留或冷卻速度緩慢，淬火溫度提高，都會(huì)使殘留奧氏體增加。淬火時(shí)冷卻中斷并等溫停留，會(huì)使馬氏體最終轉(zhuǎn)變量減少，殘留奧氏體增多，這就是奧氏體的熱穩(wěn)定化。含碳量在共析點(diǎn)0.8左右，殘留奧氏體在25%以下，殘留應(yīng)力為壓應(yīng)力。零件滲碳后表面含碳量高，淬火后殘留奧氏體增多。
決定殘留奧氏體含量的主要因素分別是：
（1）原材料合金元素的影響：Mn、Ni、Cr合金元素使淬火后殘留奧氏體增加。
（2）原材料碳含量增加，使殘留奧氏體增加。
（3）熱處理工藝上，奧氏體化溫度提高，淬火溫度提高，淬火終止溫度提高，淬火冷卻速度減弱，淬火中間停留，都會(huì)使殘留奧氏體增加。在零件材料確定的基礎(chǔ)上，熱處理適當(dāng)降低淬火溫度，增加冷處理（延續(xù)淬火）等都是減少殘留奧氏體的有效措施。零件經(jīng)淬火冷處理回火后殘留奧氏體均≤10%，GCr15軸承鋼一般在5%左右。
3.減少殘留奧氏體措施
一般熱處理淬火后進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變，同時(shí)不可避免地會(huì)出現(xiàn)殘留奧氏體。要消除或控制殘留奧氏體，主要有以下幾種方法：
（1）增加冷處理。冷處理是淬火得延續(xù)其實(shí)質(zhì)是降低冷卻終止溫度，使殘留奧氏體進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為馬氏體。這在GCr15的柱塞偶件中廣泛運(yùn)用，是促使殘留奧氏體轉(zhuǎn)變的最有效的方法。一般殘留奧氏體控制在10%以內(nèi)。
（2）用貝氏體淬火取代馬氏體淬火，即提高淬火終止溫度，一般在Ms點(diǎn)附近等溫，使反應(yīng)生成鐵素體和滲碳體形成的針狀下貝氏體的類平衡組織，因不進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變，而減少殘留奧氏體。
（3）熱處理工藝參數(shù)調(diào)整：①低碳鋼滲碳時(shí)控制碳勢(shì)，控制表面碳含量，控制氮碳化合物及碳化物級(jí)別，從而控制殘留奧氏體。②降低奧氏體化淬火溫度，淬火后立即回火，也可減少殘留奧氏體的含量。③提高回火溫度。可使鋼中殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或分解，從而減少殘留奧氏體。低于200℃回火，鋼中殘留奧氏體不分解。經(jīng)過200～300℃回火，鋼中殘留奧氏體開始分解為下貝氏體。高于300℃回火，鋼中殘留奧氏體完全分解。在高速鋼560℃回火冷卻時(shí)一部分殘留奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，提高硬度，減少殘留奧氏體。
（4）碳氮共滲時(shí)，氨氣及碳氮化合物導(dǎo)致殘留奧氏體增多。采用滲碳+淬火工藝取代碳氮共滲淬火，經(jīng)過冷處理后可使在500倍放大鏡下肉眼觀察不到，殘留奧氏體基本小于10%或5%。
4.生產(chǎn)運(yùn)用
在具體生產(chǎn)中，運(yùn)用于CB18、CPN2.2-0401挺柱體、滾輪襯套滲淬后殘留奧氏體的控制。通過控制氣氛，氨氣通入量由40～80L/h,調(diào)整至20 L/h；丙烷控制在200 L/h，控制減少表面氮碳化合物及碳化物。降低淬火溫度：由850℃調(diào)整至820～830℃，增加冷處理，回火溫度由180℃提高到200℃等一系列工藝參數(shù)調(diào)整措施，使結(jié)果大為改善，控制殘留奧氏體小于10%，達(dá)到技術(shù)要求。
錐閥材料20Cr,原采用碳氮共滲淬火+冷處理+回火，殘留奧氏體超標(biāo)。改為滲碳+淬火，控制滲碳時(shí)碳濃度1.0%，冷處理+回火，取得理想效果，使殘留奧氏體在500倍放大鏡下肉眼基本觀察不到。殘留奧氏體小于 10%，達(dá)到技術(shù)要求。
隨著表面碳化物減少，殘留奧氏體減少。因此控制碳勢(shì)可控制殘留奧氏體。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，零件材料、熱處理工藝及殘留奧氏體控制范圍見附表。對(duì)應(yīng)金相組織分別如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示（均已是回火狀態(tài)）。
不同材料及熱處理工藝的殘留奧氏體控制范圍
材料 | 熱工藝 | 殘留奧氏體控制范圍 | 備注 |
20Cr、16MnCr5 低合金鋼 | 碳氮共滲淬火+冷處理 | ≤10%～15% | 見圖1 |
20Cr、16MnCr5 低合金鋼 | 碳氮共滲淬火+冷處理，控制碳勢(shì) | ≤10% | 見圖2 |
20Cr、16MnCr5 低合金鋼 | 滲碳+淬火+冷處理 | ≤10% | 見圖3 |
軸承鋼 | 馬氏體淬火+冷處理 | ≤10% | 見圖4 |
軸承鋼 | 貝氏體淬火 | ≤2% | 見圖5 |
圖 1
圖 2
圖 3
圖 4
圖 5
通過金相圖片對(duì)比分析，20Cr等低碳鋼滲碳淬火，碳氮共滲淬火由于氨氣的通入，在提高表面硬度、表面生成氮碳化合物的同時(shí)也會(huì)使淬火時(shí)表面殘留奧氏體增多。爐內(nèi)碳勢(shì)過高，表面形成大塊碳化物，也會(huì)使表面殘留奧氏體增多，如圖1所示。通過冷處理可轉(zhuǎn)化掉部分殘留奧氏體而使殘留奧氏體降低，如圖2所示。不通入氨氣，光滲碳、淬火+冷處理，則殘留奧氏體會(huì)很少，如圖3所示。GCr15軸承鋼采用馬氏體淬火+冷處理+低溫回火，殘留奧氏體約5%，如圖4所示。用貝氏體等溫淬火，則殘留奧氏體小于等于2%（均由上海交大X射線電鏡法測(cè)量），如圖5所示。
作者：唐學(xué)哲
單位：無錫威孚高科技股份有限公司
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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