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减少淬火裂纹比较合理的工艺路线安排

 卢工

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当钢件的材料、结构和技术条件一经确定,热处理工艺人员就要进行工艺分析,确定合理的工艺路线,即正确安排预备热处理、冷加工和热加工等工序的位置。这是提高产品质量、提高效益以及减少热处理裂纹倾向的有效途径。

钢件淬火前的原始组织和应力状态对形成淬火裂纹有一定的影响。为改善应力状态,给淬火准备良好的原始组织,应当正确地对钢件进行预备热处理。对于形状复杂精度要求较高的零件,在粗加工与精加工之间,在淬火之前要进行消除应力退火;对于截面尺寸较大的高碳钢制件,应当通过增大淬硬层深度,即提高淬透性的办法来防止裂纹。所以在淬火前,要将工件进行正火处理并配以快速加热工艺,以获得较细的片状珠光体组织;为消除组织中网状碳化物,以获得细片状组织,必须进行正火处理;对于截面尺寸较小的高碳钢制件,预备热处理应当提供球状珠光体为宜,淬火前通常采用球化退火,以改善组织。

合理确定加热参数

在热处理生产中,对于加热介质、加热速度、加温、保温时间等加热参数的选择和设计,是保证不引起裂纹的主要因素。

1.加热介质

淬火裂纹与加热炉有很大关系。不同的加热炉在加热工件时发生淬裂倾向是不同的,因此,在选择加热介质时,应同钢件的重要性和价值联系起来,一般在满足性能要求的前提下,应尽量选择低成本的设备。

2.加热温度

加热温度是淬火工艺中重要的参数,对工件的性能有着决定的作用。同时,也是影响淬火裂纹的一个因素。实践证明,钢材的淬火加热温度不是一个固定不变的参数。一般来说,淬火加热温度通常需根据钢的临界点来确定,对于亚共析钢采用AC3+(3050),对于过共析钢采用AC1+(3050),这个选择方法称淬火加热温度选择原则。亚温淬火是亚共析钢在略低于AC3(510)的温度下奥氏体化后淬火,它可提高钢的韧性,降低脆性转变温度,并可消除回火脆性。其淬火加热温度应接近AC3,以免出现过多铁素体而影响钢的强度。同时,由于淬火温度的降低,钢的淬裂倾向大大减小。对于低碳钢及中碳钢可适当提高淬火加热温度,以便淬火后获得较多的板条状马氏体或使全部马氏体呈板条状,使它们的韧性显著提高。对于高碳工具钢易采用低温淬火工艺,这有助于减少变形开裂,还可提高韧度,减少折断和崩刃,延长使用寿命。需要指出的是,选择淬火加热温度时,还应考虑到工件的形状,所选用的淬火介质等因素,一般而言,形状简单的工件,可采用上限加热温度;形状复杂、易淬裂的工件则应采用下限的加热温度。当选用冷速缓慢的介质,特别是选用热介质淬火时,应适当提高淬火加热温度。

3.加热速度

在不产生裂纹且变形程度在允许范围的前提下,尽量提高加热速度,以减少氧化脱碳,降低能耗,提高效益。碳素钢、低合金钢和中合金钢快速加热时均无产生裂纹的危险,快速加热不仅能提高生产效率,而且对防止钢件的淬火变形和裂纹起到良好的效果;对于大型锻、铸件、形状复杂的高锰钢铸件、不锈钢铸件、高速钢与高碳合金钢零件,塑性差,导热性不良,若加热速度过快,可能在钢件表面产生裂纹,这类钢不宜采用快速加热,相反这类钢应放慢加热速度,或采用中间预热措施,也可用微机控制的加热炉,在设定的加热速度的指令下按设定的加热曲线升温,这对于复杂形状高合金钢件的热处理质量提供了良好的保证。

4.保温时间

保温时间是指在热处理时,工件热透或保证组织转变基本完成所需的时间。确定淬火温度下的保温时间,需考虑工件的厚度、工件在炉内的排布方式、是否预热、钢材的化学成分等诸多因素。一般来说,高合金钢、高速钢、高合金模具钢的淬火加热保温时间要适当延长,以保证碳化物的溶解和奥氏体化。其中高合金铬钢需要保温的时间最长。

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