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熱處理中殘余奧氏體的控制方法

2020-09-08 23:33:41

零件淬火后總會或多或少的留有一些未轉化的殘留奧氏體。過多的殘留奧氏體對零件的使用壽命和硬度不利,會造成軟點和尺寸的不穩定性,但適量的殘留奧氏體可以提高零件的疲勞強度。我們可以通過控制殘留奧氏體來控制產品質量和使用壽命,以達到預期效果。


1.殘留奧氏體對各類零件的影響


(1)滾動軸承要求有良好的耐磨性、高的滾動疲勞強度和好的尺寸精度穩定性,在常用應力水平下殘留奧氏體對疲勞壽命影響不大。實際生產中軸承鋼淬火后,一般不經過冷處理。


(2)齒輪一般也不需冷處理。殘留奧氏體有利于其疲勞壽命的增加。


(3)對工具鋼,殘留奧氏體可增加耐沖擊性。對于切削工具,殘留奧氏體降低硬度使切削性能變壞。對鉆頭、絲錐等主要承受扭轉應力的工具,適量的殘留奧氏體是有利的。對壓力加工的模具鋼,尤其沖頭適量的殘留奧氏體是有益的。殘留奧氏體相對于馬氏體來說,殘留奧氏體似海綿,可緩沖沖擊,提高韌性,提高表面接觸疲勞強度,延長沖頭使用壽命。


(4)對量具,殘留奧氏體不利于保證尺寸精度,必須用冷處理盡可能地消除殘留奧氏體。


2.殘留奧氏體影響因素分析


隨著合金元素的提高,含碳量的增加,淬火中間停留或冷卻速度緩慢,淬火溫度提高,都會使殘留奧氏體增加。淬火時冷卻中斷并等溫停留,會使馬氏體最終轉變量減少,殘留奧氏體增多,這就是奧氏體的熱穩定化。含碳量在共析點0.8左右,殘留奧氏體在25%以下,殘留應力為壓應力。零件滲碳后表面含碳量高,淬火后殘留奧氏體增多。


決定殘留奧氏體含量的主要因素分別是:


(1)原材料合金元素的影響:Mn、Ni、Cr合金元素使淬火后殘留奧氏體增加。


(2)原材料碳含量增加,使殘留奧氏體增加。


(3)熱處理工藝上,奧氏體化溫度提高,淬火溫度提高,淬火終止溫度提高,淬火冷卻速度減弱,淬火中間停留,都會使殘留奧氏體增加。在零件材料確定的基礎上,熱處理適當降低淬火溫度,增加冷處理(延續淬火)等都是減少殘留奧氏體的有效措施。零件經淬火冷處理回火后殘留奧氏體均≤10%,GCr15軸承鋼一般在5%左右。


3.減少殘留奧氏體措施


一般熱處理淬火后進行馬氏體轉變,同時不可避免地會出現殘留奧氏體。要消除或控制殘留奧氏體,主要有以下幾種方法:


(1)增加冷處理。冷處理是淬火得延續其實質是降低冷卻終止溫度,使殘留奧氏體進一步轉化為馬氏體。這在GCr15的柱塞偶件中廣泛運用,是促使殘留奧氏體轉變的最有效的方法。一般殘留奧氏體控制在10%以內。


(2)用貝氏體淬火取代馬氏體淬火,即提高淬火終止溫度,一般在Ms點附近等溫,使反應生成鐵素體和滲碳體形成的針狀下貝氏體的類平衡組織,因不進行馬氏體轉變,而減少殘留奧氏體。


(3)熱處理工藝參數調整:①低碳鋼滲碳時控制碳勢,控制表面碳含量,控制氮碳化合物及碳化物級別,從而控制殘留奧氏體。②降低奧氏體化淬火溫度,淬火后立即回火,也可減少殘留奧氏體的含量。③提高回火溫度??墒逛撝袣埩魥W氏體轉變為馬氏體或分解,從而減少殘留奧氏體。低于200℃回火,鋼中殘留奧氏體不分解。經過200~300℃回火,鋼中殘留奧氏體開始分解為下貝氏體。高于300℃回火,鋼中殘留奧氏體完全分解。在高速鋼560℃回火冷卻時一部分殘留奧氏體發生馬氏體轉變,提高硬度,減少殘留奧氏體。


(4)碳氮共滲時,氨氣及碳氮化合物導致殘留奧氏體增多。采用滲碳+淬火工藝取代碳氮共滲淬火,經過冷處理后可使在500倍放大鏡下肉眼觀察不到,殘留奧氏體基本小于10%或5%。


4.生產運用


在具體生產中,運用于CB18、CPN2.2-0401挺柱體、滾輪襯套滲淬后殘留奧氏體的控制。通過控制氣氛,氨氣通入量由40~80L/h,調整至20L/h;丙烷控制在200L/h,控制減少表面氮碳化合物及碳化物。降低淬火溫度:由850℃調整至820~830℃,增加冷處理,回火溫度由180℃提高到200℃等一系列工藝參數調整措施,使結果大為改善,控制殘留奧氏體小于10%,達到技術要求。


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