鋼的淬火回火工藝參數(shù)的確定

鋼的淬火回火工藝參數(shù)的擬定鋼的淬火回火工藝參數(shù)的擬定作者：長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠1前言

淬火是強(qiáng)化材料最有效的熱解決工藝辦法，其工藝參數(shù)的選擇直接影響著材料的性能。這就規(guī)定熱解決工作者不停創(chuàng)新，改善工藝，有效地發(fā)揮出材料的潛力，節(jié)省能源，減少生產(chǎn)成本。本文簡(jiǎn)述了鋼的淬回火工藝參數(shù)的擬定及量化根據(jù)。

2淬火加熱溫度

按常規(guī)工藝，亞共析鋼的淬火加熱溫度為Ac3＋（30～50℃）；共析和過(guò)共析鋼為Ac1＋（30～50℃）；合金鋼的淬火加熱溫度常選用Ac1（或Ac3）＋（50～100℃）；高合金鋼含有大量高熔點(diǎn)碳化物，要增大奧氏體化程度，淬火加熱溫度更高，有些已達(dá)成靠近熔點(diǎn)的程度。

為了達(dá)成鋼所規(guī)定的不同性能，淬火加熱溫度正在向高或低兩個(gè)方面發(fā)展。亞溫淬火就是將淬火溫度降至Ac3點(diǎn)下列5～10℃的α＋γ兩相區(qū)，在保存大概10%～15％未溶鐵素體狀態(tài)進(jìn)行淬火，在確保強(qiáng)度及較高硬度的同時(shí)，塑性、韌性得到改善，淬火變形或開(kāi)裂明顯減少，回火脆性也有所削弱?，F(xiàn)已作為一種新的成熟工藝已獲得國(guó)內(nèi)外熱解決工作者的共識(shí)。

另外，尚有人發(fā)現(xiàn)［1］，以40Cr鋼為代表的亞共析鋼在Ac3點(diǎn)處有硬化峰出現(xiàn)，此溫度淬火不僅可獲得最高的硬度，且各項(xiàng)力學(xué)性能也為最佳值，掌握得當(dāng)能充足發(fā)揮鋼的潛力。

與其相反，提高某些鋼的淬火溫度也可獲得預(yù)想不到的成果。如熱模具鋼5CrMnMo、5CrNiMo鋼的淬火溫度由傳統(tǒng)的860℃提高至920℃（高出30～80℃）［2］，加速了碳化物的溶解，增加了馬氏體中的合金含量，組織均勻。能夠獲得大量的高位錯(cuò)馬氏體，斷裂韌度大大提高，紅硬性更為優(yōu)秀，其使用壽命成倍提高。又如，H13鋼淬火溫度由1050℃提高至1100℃時(shí)，奧氏體晶粒并不明顯長(zhǎng)大，由于碳化物溶解加速，奧氏體中含碳及合金元素增多，其成果使δb、δ0.2（室溫和500℃）及熱疲勞性能提高，有助于延長(zhǎng)H13鋼的模具使用壽命［3］。

隨著對(duì)亞共析鋼所規(guī)定的性能而異，其淬火溫度的選擇有很大的靈活性。但是不管提高或是減少溫度，均是以鋼的臨界點(diǎn)Ac3為重要根據(jù)。因此，對(duì)的掌握鋼的Ac3點(diǎn)極其重要。近年來(lái)，熱解決工作者發(fā)展了Ac3點(diǎn)計(jì)算模型［4］。

近年來(lái)，引進(jìn)或國(guó)內(nèi)新開(kāi)發(fā)的工程機(jī)械斗齒用低合金耐磨鋼，如ZG30CrMn2SiReB鋼為亞共析鋼［5，6］，為發(fā)揮鋼的潛力，獲得耐磨性和一定的強(qiáng)韌性，所采用的淬火溫度均高于傳統(tǒng)溫度90～120℃。這闡明，鋼的淬火溫度對(duì)不同鋼種和所規(guī)定的性能是有很大差別，不能一概而論，必須跳出傳統(tǒng)的約束。

高合金鋼的淬火溫度同樣也有很大變動(dòng)，由定性逐步向定量化過(guò)渡，使所選擇的淬火溫度更切合實(shí)際。有人提出平衡碳的概念［6］，并由此決定正常淬火溫度。

平衡碳CS＝0.033wW＋0.063wMo＋0．06wCr＋0．2wV

鋼的碳飽和度A為鋼中實(shí)際碳量C實(shí)與平衡碳CS之比，即A＝C實(shí)／CS。由計(jì)算出的不同A值來(lái)決定所對(duì)應(yīng)的最佳淬火溫度，可獲得滿意的質(zhì)量規(guī)定。也有人提出以碳化物溶解溫度為根據(jù)，決定高速鋼淬火溫度的辦法，即

TS（°F）＝2310－200wC＋40wV＋8wW＋5wMo±12

T表1按τ＝kW計(jì)算保溫時(shí)間推薦的W值工件形狀W／cmk／min.cm－1柱狀

板狀

管狀（1／6～1／4）D

（1／6～1／2）B

（1／4～1／2）δ7

7

10注：鹽爐加熱用。D、B、δ分別為工件直徑、板厚和管壁厚對(duì)于大截面工件的加熱時(shí)間，有人認(rèn)為截面大的工件達(dá)成淬火效果也僅是一定深度，在加熱時(shí)完全熱透，不僅延長(zhǎng)時(shí)間、浪費(fèi)能源，并且冷卻過(guò)程要散失的熱量相對(duì)增多，其冷卻強(qiáng)度下降，使實(shí)際淬火效果變差。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，奧氏體相變普通不超出幾分鐘，因此加熱時(shí)間以確保工件截面內(nèi)外溫度一致為準(zhǔn)，有人以此為根據(jù)提出零保溫的新概念，現(xiàn)已逐步被人們所接受。

4冷卻

為了使鋼淬火冷卻更適宜，選擇介質(zhì)及冷卻強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)鋼的臨界冷卻速度。熱解決工作者導(dǎo)出了不同類(lèi)型的計(jì)算式或模型，含有代表性的以下式：［8］

(1)獲得馬氏體的臨界冷卻速度

lgv1＝9.81－（4.26wC＋1.05wMn＋0.54wNi＋0.5wCr＋0.66wMo＋0.00183PA）

（2）獲得貝氏體的臨界冷卻速度

lgv2＝10.17－（3.08wC＋1.07wMn＋0．70wNi＋0.57wCr＋1.58wMo＋0．0032PA）（℃／h）

式中PA——奧氏體化參數(shù)。

由于工件“淬火質(zhì)量效應(yīng)”的影響，不同截面的工件的實(shí)際冷卻速度有很大變化，為此有人提出水、油淬時(shí)的截面與冷卻強(qiáng)度的定量關(guān)系：式中H1、H0——分別為不同攪拌態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)下的冷卻強(qiáng)度。

模具淬火冷卻規(guī)定留有一定的余熱，有人總結(jié)出決定淬火冷卻時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)式［9，10］：式中A——油的狀態(tài)系數(shù)

V、F——分別為模具的體積和表面積，dm3、dm2

D——模具的高度或厚度，mm

噴冷淬火解決了大截面工件淬火冷卻局限性的難題，通過(guò)調(diào)節(jié)噴液壓力、流量和時(shí)間來(lái)控制冷卻強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，滿足大批量淬火的需要［11，12］。另外，噴冷淬火遠(yuǎn)可控制工件冷卻至一定程度，使其保存一定余溫，運(yùn)用余熱進(jìn)行自回火。節(jié)能、省時(shí)、高效，很有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

5淬火效果評(píng)定

鋼的淬透性以往只能定性地從端淬圖表上查得，使用不便。近年來(lái)，評(píng)定鋼的淬透性逐步量化，即由對(duì)應(yīng)的公式計(jì)算，直觀方便且有一定的可靠性。典型的應(yīng)用公式以下［13］：＋16wMn＋35wMo＋5wSi-0.82KASTM式中E——至淬火端距離，mm

KASTM——晶粒度等級(jí)

有些鋼種僅采用硬度評(píng)定尚感局限性，必須配合組織觀察和性能測(cè)試。如ZG30CrMn2SiReB鋼，達(dá)成最高的淬火硬度的工藝參數(shù)并非性能最佳，而采用比獲得最高硬度更高的淬火溫度，硬度即使略有下降，但是耐磨性和強(qiáng)韌性為最佳。

6回火

普通鋼的回火工藝參數(shù)是根據(jù)鋼所規(guī)定的硬度和力學(xué)性能從有關(guān)手冊(cè)選擇的，使用不僅麻煩，并且對(duì)新鋼種也無(wú)從下手。為解決這類(lèi)問(wèn)題，熱解決工作者作了大量工作，以回火動(dòng)力學(xué)為根據(jù)總結(jié)推導(dǎo)出多個(gè)類(lèi)型的回火專(zhuān)用式［14，15］和通用式，［16，17］為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)使用和工藝編制計(jì)算機(jī)化提供了條件。

為了提高生產(chǎn)效率，開(kāi)發(fā)出了快速回火工藝辦法?？焖倩鼗鹪硎腔诨鼗饏?shù)P與鋼的性能和硬度的約束關(guān)系。即回火工藝參數(shù)相等時(shí)，所獲得的硬度或力學(xué)性能基本相似?；鼗饏?shù)P＝（θ＋273）（wC＋lgt）是溫度θ和時(shí)間t的函數(shù)，要獲得同樣的回火效果，能夠由不同的θ和t進(jìn)行組合［18］。

以往多次重復(fù)回火的實(shí)際效果并未引發(fā)人們的重視，研究的也較少。文獻(xiàn)［19］總結(jié)提出了衡量多次回火的累積作用。如鋼在各溫度條件下的回火參數(shù)分別為P1、P2……，其累積總回火參數(shù)P總可表達(dá)為：

P總＝lg（10P1＋10P2……）

使多次不同溫度回火的效果獲得量化的評(píng)定，能夠說(shuō)是對(duì)回火過(guò)程認(rèn)識(shí)的深化和提高。

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