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分析及解決淬火時硬度不足的方法

在生產中, 有時會出現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, 一種表現為整個工件硬度值低, 另一種表現為局部硬度不夠或出現軟點。當出現硬度不足的現象時, 要用硬度試驗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、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 原材料選擇不當或發錯料

   應該用中碳鋼或高碳鋼制造的零件而錯用低碳鋼, 應該用合金工具鋼制造的零件而錯用普通高碳鋼都會造成硬度不足或出現軟點。例一: 應當采用45#鋼制造的齒輪, 其淬火硬度應為 60HRC 左右, 而錯誤地選擇為 25#鋼, 結果是硬度 380HBS左右; 例2: 應該用 9M n2V 制造的模具, 而錯用成 T 8鋼, 由于9M n2V 與 T 8 鋼的火花較難分辨, 淬火時誤按9M n2V 的淬火工藝淬火, 采用油冷, 結果硬度只有50HRC左右。以上兩種情況屬于整體硬度不足, 可以用硬度試驗或金相試驗來判定。

   解決辦法: 1 設計時應選擇合適的材料; o加強材料管理, 材料進庫前先進行化學分析, 然后分類作標記, 可以有效避免發錯料;  熱處理操作者應當在操作前進行火花分析, 以粗略鑒別零件材料是否符合圖紙要求; 當工件截面較大或工件截面厚薄懸殊時, 若采用工具鋼, 由于其淬透性不好, 會造成大截面處內部硬度偏低現象, 此時應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軟點

   顯微組織出現如下情況之一: 碳化物偏析或聚集現象, 如鐵素體聚集、出現石墨、嚴重魏氏體組織等都會出現硬度不足或軟點。

   解決辦法: 在淬火前進行反復鍛打或預備熱處理 (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, 保溫時間不足

   如亞共析鋼, 當加熱溫度在 Ac3與 Ac1之間(例如 25#鋼淬火加熱溫度低于 860e) 時, 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 )。對于高碳鋼, 特別是高合金鋼, 如果加熱或保溫時間不足會造成珠光體不能向奧氏體轉變, 而得不到馬氏體。在實際生產中, 上述情況常常是由于儀表指示出現偏差 (指示溫度偏高 )或爐溫不均勻, 使工件實際溫度偏低; 對工件厚度估計錯誤, 引起保溫時間過短。

   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, 同時會造成過早保溫計時, 使保溫時間不足; o經常檢查溫度指示儀表是否完好準確, 避免出現指示儀表顯示到達溫度, 而實際溫度不足的現象;  嚴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; 正確估算材料厚度, 特別是異形件。

   2. 2 淬火加熱溫度過高, 保溫時間過長

   對于工具鋼 (例如 T8鋼 ), 當其淬火加熱溫度在780e 時得到的是奧氏體和碳化物( Fe3C ), 此時奧氏體溶碳量稍高于 0. 77%, 冷卻后奧氏體轉變為馬氏體。如果加熱溫度過高或保溫時間過長, 會造成碳化物 ( Fe3C )中的碳大量溶入奧氏體, 造成奧氏體溶碳量偏高, 同時大大增加其穩定性, 使奧氏體向馬氏體 ( AyM ) 轉變, 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 (Ac), 得到的組織為 M +Ac, 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殘余奧氏體含量的影響 (見圖 4所示 )。


   解決辦法: 1 嚴格控制淬火加熱溫度及保溫時間, 防止過多的碳溶入奧氏體 ( A), 控制加熱溫度更為重要; o降低淬火冷卻速度, 或采用分級淬火, 使過冷奧氏體充分向馬氏體轉變;  采用冷處理, 使殘余奧氏體向馬氏體轉變; 采用高溫回火, 減少殘余奧氏體, 硬度反而會增加。

   2. 3 淬火加熱時, 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, 這種情況經常出現在箱式爐中未加保護或保護不良, 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 采用有保護氣氛的無氧化加熱爐,如用酒精、甲醇裂解的保護氣氛等方法; o采用真空加熱淬火;  對于一般箱式爐可應用生鐵屑或木炭裝箱密封; 工件表面涂防氧化涂料; 爐內放木炭; 工件涂硼酸、酒精溶液后再加熱。

   3 冷卻工藝問題

   3. 1 淬火介質選擇不當

   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生向珠光體類型組織轉變 ( AyP ) , 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: 必須根據工件材料、形狀大小來選擇恰當的冷卻介質。

   3. 2 淬火介質溫度的影響

   在水淬時, 大批零件連續淬火, 如果沒有循環冷卻系統, 則造成水溫上升, 冷卻能力下降。會出現淬不硬的現象。在油冷時, 開始淬火時由于油的溫度低、流動性差, 因而冷卻能力不強, 造成淬不硬。

   解決辦法: 水淬時應采用循環冷卻系統, 保持水溫在 20e 左右為宜; 油冷時, 特別是開始時應對其適當加熱, 使其溫度達到 80e 以上為宜, 這就是淬火時常說的” 冷水熱油 ”的道理。

   3. 3 淬火時介質過于陳舊

   當含有較多雜質的堿 (鹽 )浴或水分過少時, 易產生淬火軟點。

   解決辦法: 應及時更換淬火介質及控制堿 (鹽 )浴中的水分。

   3. 4 冷卻時間控制不當

   當用碳鋼制造開關復雜或截面較大零件時, 為防止其變形開裂, 采用水淬))) 油冷。零件在水中停留時間過短或從水中取出后在空氣中停留時間過長再轉入油中, 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: 恰當控制水冷時間, 若用鉗子夾持工件時, 當手感覺不到振動時, 立即轉入油中; 對于型腔較大模具應將廢料先排除, 減小工件厚度, 然后再淬火。分級淬火時, 在鹽浴中停留時間過長發生貝氏體轉變造成硬度不足。

   總之, 淬火不足現象經常發生, 操作者應根據不同情況, 具體分析, 找出原因加以可以克服的。