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淬火時(shí)硬度不足的解決方法

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?！庇捕炔蛔恪庇袃煞N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 9M n2V 制造的模具, 而錯(cuò)用成 T 8鋼, 由于9M n2V 與 T 8 鋼 的 火花 較難 分 辨, 淬 火時(shí) 誤 按9M n2V 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)來(lái)判定。

解決辦法: 1 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇合適的材料; o加強(qiáng)材料管理, 材料進(jìn)庫(kù)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; 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; 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 860e) 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; o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; 嚴(yán)格按材料手冊(cè)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(shí)間過長(zhǎng)

對(duì)于工具鋼 (例如 T8鋼 ), 當(dāng)其淬火加熱溫度在780e 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(zhǎng), 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 ( AyM ) 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 (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(duì)殘余奧氏體含量的影響 (見圖 所示 )。

加熱溫度及回火溫對(duì)殘余奧氏體含量的影響

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 ( 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(jí)淬火, 使過冷奧氏體充分向馬氏體轉(zhuǎn)變; 采用冷處理, 使殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變; 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(wú)氧化加熱爐,如用酒精、甲醇裂解的保護(hù)氣氛等方法; o采用真空加熱淬火; 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 ( 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(jù)工件材料、形狀大小來(lái)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。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 20e 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 80e 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(zhǎng)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(zhǎng)發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變?cè)斐捎捕炔蛔恪?/p>

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。

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