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淬火、回火缺陷與預防

熱處理工藝中淬火工序造成的廢品率往往較高,這主要是在淬火過程中,同時形成較大的熱應力與組織應力,此外,由于材料內在的冶金缺陷、選材不當、錯料、設計上的結構工藝性差、冷、熱加工過程中形成的缺陷等因素,均容易在淬火、回火工藝中暴露出來,因此對零部件淬火、回火后的缺陷必須進行系統的分折與調査。

淬火、回火缺陷與預防 技術信息 第1張

淬火缺陷與預防


鋼件淬火時最常見的缺陷有淬火變形、開裂、氧化、脫碳、硬度不足或不均勻、表面腐蝕、過燒、過熱及其他按質量檢查標準規定金相組織不合格等。


1.淬火變形與淬火裂紋

在實際生產中,應該根據淬火變形與淬火裂紋的形成原因采取有效的預防措施。


(1)盡量做到均勻加熱及正確加熱

工件形狀復雜或截面尺寸相差懸殊時,常因加熱不均勻而變形。為此,工件在裝爐前,對不需淬硬的孔及截面突變處,應采用石棉繩堵塞或綁扎等辦法,以改善其受熱條件,對一些薄壁圓環等易變形零件,可設計特定淬火夾具。這些措施既有利于加熱均勻,又有利于冷卻均勻。


工件在爐內加熱時,應均勻放置,防止單面受熱,應放平,避免工件在髙溫塑性狀態因自重而變形。對細長零件及袖類零件盡量采用井式爐或鹽爐垂直懸掛加熱。


限制或降低加熱速度,可減少工件截面溫差,使加熱均勻。因此對大型鍛模、髙速鋼及高合金鋼工件,以及形狀復雜、厚薄不勻、要求變形小的零件,一般都采用預熱加熱或限制 加熱速度的措施。


合理選擇淬火加熱溫度,也是減少或防止變形、開裂的關鍵。選擇下限淬火溫度,減少工件與淬火介質的溫差,可以降低淬火冷卻高溫階段的冷卻速度,從而可以減少淬火冷卻時的熱應力。另外,也可防止晶粒粗大。這樣可以防止變形開裂。


有時為了調節淬火前后的體積變形量,也可適當提高淬火加熱溫度。例如CrWMn、Cr12Mo等高碳合金鋼,常利用調整加熱溫度,改變其馬氏體轉變點以改變殘余奧氏體含量,以調節零件的體積變形。


(2)正確選擇冷卻方法和冷卻介質的基本原則

?盡可能采用預冷,即在工件淬入淬火介質前,盡可能緩慢地冷卻至Ar附近,以減少工件內溫差。?在保證滿足淬硬層深度及硬度要求的前提下,盡可能采用冷卻緩饅的淬火介質。

?盡可能減慢在Ms點以下的冷卻速度。合理地選擇和采用分級或等溫淬火工藝。


(3)正確選擇淬火工件浸入淬火介質的方式和運行方向的基本原則

?淬火時應盡量保證能得到最均勻的冷卻。?以最小阻力方向淬入。


大批量生產的薄畫環類零件、薄板形零件、形狀復雜的凸輪盤和圓錐齒輪等,在自由冷卻時,很難保證尺寸精度的要求。為此,可以采取壓床淬火,即將零件置于專用的壓床模具中,再加上一定的壓力后進行冷卻〈噴油或噴水)由于零件的形狀和尺寸受模具的限制, 因而可能使零件的變形限制在規定的范圍之內。


進行及時、正確的回火在生產中,有相當一部分工件,并非在淬火時開裂,而是 由于淬火后未及時回火而開裂。這是因為在淬火停留過程中,存在于工件內的微細裂縫在很大的淬火應力作用下,融合、擴展,以至其尺寸達到斷裂臨界裂縫尺寸,從而發生延時斷裂。實踐證明,淬火不冷到底并及時回火,是防止開裂的有效措施。對于形狀復雜的高碳鋼和高碳合金鋼,淬火后及時回火尤為重要。


工件的扭曲變形可以通過矯直來校正,但必須在工件塑性允許的范圍之內。有時也可利用回火加熱時用特定的校正夾具進行校正。對體積變形有時也可通過補充的研磨加工來修正,但這僅限于孔、槽尺寸縮小,外圃增大等情況。淬火體積變形往往是不可避免的。但只要通過實驗,掌握其變形規律,則可根據其脹縮量,在淬火前成形加工時,適當加以修正,就可在淬火后得到合乎要求的幾何尺寸。工件一旦出現淬火裂紋,則報廢。

2、氧化與脫碳、過熱與過燒


3、硬度不足

造成淬火工件硬度不足的原因如下。

?(1)加熱溫度過低,保溫時間不足。檢查金相組織時,在亞共析鋼中可以看到未溶鐵素體,在工具鋼中可以看到較多未溶碳化物。

(2)?表面脫碳引起表面硬度不足。磨去表層后所測得的硬度比表面高。

(3)?冷卻速度不夠,在金相組織上可以看到黑色屈氏體沿晶界分布。

(4)鋼材淬透性不夠,截面大處淬不硬。

(5)采用中斷淬火時,在水中停留時間過短,或自水中取出后,在空氣中停留時間過長再轉人油中,因冷卻不足或自回火而導致硬度降低。

(6)工具鋼淬火溫度過高,殘余奧氏體量過多,影響硬度。


當出現硬度不足時,應分析其原因,采取相應的措施。其中由于加熱溫度過高或過低引起的硬度不足,除對已出現缺陷進行回火,再重新加熱淬火補救外,應嚴格管理爐溫測控儀表,定期按計量傳遞系統進行校正及檢修。


4、硬度不均勻

硬度不均勻就是工件淬火后有軟點,產生淬火軟點的原因如下:

(1)?工件表面有氧化皮及污垢等;

?(2)淬火介質中有雜質,如水中有油,使淬火后產生軟點;

?(3)工件在淬火介質中冷卻時,冷卻介質的攪動不夠,沒有及時趕走工件的凹槽及大截面處形成的氣泡而產生軟點;

(4)滲碳件表面碳濃度不均勻,淬火后硬度不均勻;

(5)淬火前原始組織不均勻,例如有嚴重的碳化物偏析,或原始組織粗大,鐵素體呈大塊狀分布。


對前三種情況,可以進行一次回火、再次加熱,在恰當的冷卻介質及冷卻方法的條件下淬火補救。對后兩種情況,如淬火后不再加工,則一旦出現玦陷,很難補救。對尚未成形加工的工件,為了消除碳化物偏析或粗大,可用不同方向的鍛打來改變其分布及形態。對粗大組織可再進行一次退火或正火,使組織細化及均勻化。


5、組織缺陷

有些零件,根據服役條件,除要求一定的硬度外,還對金相組織有一定的要求,例如對中碳或中碳合金鋼淬火后馬氏體尺寸大小的規定,可按標準圖譜進行評級。馬氏體尺寸過大,表明淬火溫度過髙,稱為過熱組織。對游離鐵索體數量也有規定,過多表明加熱不足,或淬火冷卻速度不夠。其他如工具鋼、髙速鋼,也相應地對奧氏體晶粒度、殘余奧氏體量、碳化物數量及分布等有所規定。對這些組織缺陷也均應根據淬火具體條件分析其產生原因,采取相應措施預防及補救。但應注意,有些組織缺陷還與淬火前的原始組織有關。例如粗大馬氏體,不僅淬火加熱溫度過髙可以產生,還可能由于淬火前的熱加工所殘留的過熱組織遺傳所致,因此,在淬火前應采用退火等辦法消除過熱組織。


回火缺陷與預防


生產中常見的回火缺陷有:硬度過高或過低,硬度不均勻,以及回火產生變形及脆性等。


回火硬度過高、過低或不均勻,主要是由于回火溫度過低,過髙或爐溫不均勻所造成的。回火后硬度過高還可能是由于回火時間過短。這類問題可以通過調整回火溫度等來控制。硬度不均勻的原因,可能是由于一次裝爐量過多,或選用加熱爐不當所致。如果回火在氣體介質爐中進行,爐內應有氣流循環風扇,否則爐內溫度不可能均勻。


回火后工件發生變形,常由于回火前工件內應力不平衡,回火時應力松弛或產生應力重新分布所致。要避免回火后變形,或采用多次校直多次加熱,或采用壓具回火等措施。


髙速鋼表面脫碳后,在回火過程中可能形成網狀裂紋。因為表面脫碳后,馬氏體的比體積減少,以致產生多向拉應力而形成網狀裂紋,此外,高碳鋼件在回火時,如果加熱過快,表面先回火,比體積減少,產生多向拉應力,從而產生網狀裂紋。回火后脆性的出現,主要由于所選回火溫度不當,或回火后冷卻速度不夠(第二類回火脆性)所致。因此,防止脆性的出現,應正確選擇回火溫度和冷卻方式。一旦出現回火脆性,對第一類回火脆性,只有通過重新加熱淬火,另選溫度回火;對第二類回火脆性,可以采取重新加熱回火,然后加速回火后冷卻速度的方法消除。



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用戶評論

  1. 董經理
    以上的文章只是拋磚引玉,還有什么更好的方法,歡迎加微信steeltuber一起討論。
    2018-04-02 11:04:10 回復

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