1、鋼的淬火回火工藝參數(shù)的確定作者：長江挖掘機廠1 前言 淬火是強化材料最有效的熱處理工藝方法，其工藝參數(shù)的選擇直接影響著材料的性能。這就要求熱處理工作者不斷創(chuàng)新，改進工藝，有效地發(fā)揮出材料的潛力，節(jié)約能源，降低生產成本。本文簡述了鋼的淬回火工藝參數(shù)的確定及量化依據(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（3050）；共析和過共析鋼為Ac1（3050）；合金鋼的淬火加熱溫度常選用Ac1（或Ac3）（50100）；高合金鋼含有大量高熔點碳化物，要增大奧氏體化程度，淬火加熱溫度更高，有些已達到接近熔點的程度。 為了達到鋼所要求的不同性能，淬火加熱溫度正在向高或低兩個方面發(fā)展。亞

2、溫淬火就是將淬火溫度降至Ac3點以下510的兩相區(qū)，在保留大約10%15未溶鐵素體狀態(tài)進行淬火，在保證強度及較高硬度的同時，塑性、韌性得到改善，淬火變形或開裂明顯減少，回火脆性也有所減弱。現(xiàn)已作為一種新的成熟工藝已獲得國內外熱處理工作者的共識。 此外，還有人發(fā)現(xiàn)1，以40Cr鋼為代表的亞共析鋼在Ac3點處有硬化峰出現(xiàn)，此溫度淬火不僅可獲得最高的硬度，且各項力學性能也為最佳值，掌握得當能充分發(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想不到的結果。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3080）2，加速了碳化物的溶解，增加了馬氏體中的合金

3、含量，組織均勻?？梢垣@得大量的高位錯馬氏體，斷裂韌度大大提高，紅硬性更為優(yōu)異，其使用壽命成倍提高。又如，H13鋼淬火溫度由1050提高至1100時，奧氏體晶粒并不明顯長大，由于碳化物溶解加速，奧氏體中含碳及合金元素增多，其結果使b、0.2（室溫和500）及熱疲勞性能提高，有利于延長H13鋼的模具使用壽命3。 隨著對亞共析鋼所要求的性能而異，其淬火溫度的選擇有很大的靈活性。但是不論提高或是降低溫度，均是以鋼的臨界點Ac3為主要依據(jù)。因此，正確掌握鋼的Ac3點極其重要。近年來，熱處理工作者發(fā)展了Ac3點計算模型4。 近年來，引進或國內新開發(fā)的工程機械斗齒用低合金耐磨鋼，如ZG30CrMn2SiRe

4、B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韌性，所采用的淬火溫度均高于傳統(tǒng)溫度90120。這說明，鋼的淬火溫度對不同鋼種和所要求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，由定性逐步向定量化過渡，使所選擇的淬火溫度更切合實際。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CS0.033wW0.063wMo006wCr02wV 鋼的碳飽和度A為鋼中實際碳量C實與平衡碳CS之比，即AC實CS。由計算出的不同A值來決定所對應的最佳淬火溫度，可獲得滿意的質量要求。也有人提出以碳化物溶解溫度為依據(jù)，決定高速鋼淬火溫度的方法，即 T

5、S（°F）2310200wC40wV8wW5wMo±12 T淬（°F）TS（3550） 用于制作模具的高速鋼，在要求一定耐磨性的同時，還要具備一定的韌性，所選擇的加熱溫度要比傳統(tǒng)的低，一般按下式決定7： W18Cr4V鋼 T（）1260（64HRC值）×10 （2） W6Mo5Cr4V2鋼T（）1190（64HRC值）×10 （3） 式中 HRC為模具要求硬度值。 3 加熱時間 為了降低生產成本，提高生產效率，縮短加熱時間是有效而簡便的方法。經大量測試對比發(fā)現(xiàn)，確定加熱時間的傳統(tǒng)方法存在一些問題。有人試驗提出表1所示加熱時間更適合于實際，比傳統(tǒng)

6、加熱時間明顯減少。 表1 按kW計算保溫時間推薦的W值 工件形狀Wcmkmin.cm1柱 狀板 狀管 狀（1614）D（1612）B（1412）7710注：鹽爐加熱用。D、B、分別為工件直徑、板厚和管壁厚 對于大截面工件的加熱時間，有人認為截面大的工件達到淬火效果也僅是一定深度，在加熱時完全熱透，不僅延長時間、浪費能源，而且冷卻過程要散失的熱量相對增多，其冷卻強度下降，使實際淬火效果變差。測試發(fā)現(xiàn)，奧氏體相變一般不超過幾分鐘，所以加熱時間以保證工件截面內外溫度一致為準，有人以此為依據(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，選擇介質及冷卻強度應依據(jù)鋼的臨界冷

7、卻速度。熱處理工作者導出了不同類型的計算式或模型，具有代表性的如下式：8 (1) 獲得馬氏體的臨界冷卻速度 lgv19.81（4.26wC1.05wMn0.54wNi0.5wCr0.66wMo0.00183PA） （2） 獲得貝氏體的臨界冷卻速度 lgv210.17（3.08wC1.07wMn070wNi0.57wCr1.58wMo00032PA）（h） 式中 PA奧氏體化參數(shù)。 由于工件“淬火質量效應”的影響，不同截面的工件的實際冷卻速度有很大變化，為此有人提出水、油淬時的截面與冷卻強度的定量關系： 式中 H1、H0分別為不同攪拌態(tài)和靜止狀態(tài)下的冷卻強度。 模具淬火冷卻要求留有一定的余熱，有

8、人總結出決定淬火冷卻時間的經驗式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不足的難題，通過調節(jié)噴液壓力、流量和時間來控制冷卻強度，實現(xiàn)計算機控制，滿足大批量淬火的需要11，12。另外，噴冷淬火遠可控制工件冷卻至一定程度，使其保留一定余溫，利用余熱進行自回火。節(jié)能、省時、高效，很有發(fā)展?jié)摿Α?5 淬火效果評定 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，評定鋼的淬透性逐步量化，即由相應的公式計算，直觀方便且有一定的可靠性。典型的應用公式如下13： 16wMn35wMo5wSi-0.8

9、2KASTM式中 E至淬火端距離，mm KASTM晶粒度等級 有些鋼種僅采用硬度評定尚感不足，必須配合組織觀察和性能測試。如ZG30CrMn2SiReB鋼，達到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，硬度雖然略有下降，但是耐磨性和強韌性為最佳。 6 回火 通常鋼的回火工藝參數(shù)是依據(jù)鋼所要求的硬度和力學性能從有關手冊選擇的，使用不僅麻煩，而且對新鋼種也無從下手。為解決這類問題，熱處理工作者作了大量工作，以回火動力學為依據(jù)總結推導出各種類型的回火專用式14，15和通用式，16，17為現(xiàn)場生產使用和工藝編制計算機化提供了條件。 為了提高生產效率，開發(fā)出了快速回火工藝

10、方法?？焖倩鼗鹪硎腔诨鼗饏?shù)P與鋼的性能和硬度的約束關系。即回火工藝參數(shù)相等時，所獲得的硬度或力學性能基本相同。回火參數(shù)P（273）（wClgt）是溫度和時間t的函數(shù)，要獲得同樣的回火效果，可以由不同的和t進行組合18。 以往多次重復回火的實際效果并未引起人們的重視，研究的也較少。文獻19總結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總可表示為： P總lg（10P110P2） 使多次不同溫度回火的效果獲得量化的評定，可以說是對回火過程認識的深化和提高。 參考文獻 1 趙振東40Cr鋼Ac3點淬火硬化峰及其分析.機械工程材料，1992（3）

11、 2 王德合模具的熱處理發(fā)展.國外金屬熱處理，1997（1） 3 朱心昆等.淬火溫度對H13鋼性能的影響.金屬熱處理，1994（8） 4 陳漢清譯.確定鋼臨界點的計算模型.國外金屬熱處理，1985（3） 5 王和德等.新型耐磨鋼的淬火工藝特點金屬熱處理，1993（11） 6 趙步青.M2高速鋼中碳飽和度的探討金屬熱處理，1987（4） 7 張一公.高速鋼淬火回火工藝的發(fā)展金屬熱處理，1988（8） 8 BolondeauRetHeat Treatmet76 LondonMetals Socitty，1976 9 胡煜偉.熱鍛模淬火油冷時間的計算.金屬熱處理，1994（4） 10 賀 柱.熱鍛模淬火油冷時間確定.金屬熱處理，1984（6） 11 趙振東整體加熱噴冷淬火機械工人（熱），1997（6） 12 福田達等.熱處理（日）1989（5） 13 竹村和夫.金屬材料選方.鑄鍛造熱處理，1987（9） 14 鐘士紅等.幾種鋼的回火方程和回火動力學曲線.金屬熱處理，1983（11） 15 趙振東.40Cr鋼淬