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轴承知识

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淬火时硬度不足的解决方法

在生产中,有时会出现淬火后硬度不足情况,这是热处理淬火过程中常见的缺陷。“硬度不足”有两种表现,一种表现为整个工件硬度值低,另一种表现为局部硬度不够或出现软点。当出现硬度不足的现象时,要用硬度试验或金相分析等方法分析是哪种“硬度不足”,然后从原材料、加热工艺、冷却介质、冷却方法以及回火温度等方面找原因,从而找出解决办法。

1 原材料方面

1.1 原材料选择不当或发错料

应该用中碳钢或高碳钢制造的零件而错用低碳钢,应该用合金工具钢制造的零件而错用普通高碳钢都会造成硬度不足或出现软点。

例一:应当采用45钢制造的齿轮,其淬火硬度应为60HRC 左右,而错误地选择为25钢,结果是硬度380HBS左右。

例二:应该用 9Mn2V制造的模具,而错用成T8钢,由于9Mn2V与T8钢的火花较难分 辨,淬火时误按9Mn2V的淬火工艺淬火,采用油冷,结果硬度只有50HRC左右。

以上两种情况属于整体硬度不足,可以用硬度试验或金相试验(25钢淬火得到低碳马氏体,如图1所示,45钢淬火得到中碳马氏体,如图2所示)来判定。

解决办法: 

1)设计时应选择合适的材料; 

2)加强材料管理,材料进库前先进行化学分析,然后分类作标记,可以有效避免发错料;  

3)热处理操作者应当在操作前进行火花分析,以粗略鉴别零件材料是否符合图纸要求;

4)当工件截面较大或工件截面厚薄悬殊时,若采用工具钢,由于其淬透性不好,会造成大截面处内部硬度偏低现象,此时应改用淬透性好的合金钢。

1.2 原材料显微组织不均匀造成局部硬度不足或出现软点

显微组织出现如下情况之一:碳化物偏析或聚集现象,如铁素体聚集、出现石墨、严重魏氏体组织等都会出现硬度不足或软点。

解决办法:在淬火前进行反复锻打或预备热处理 (如正火或均匀化退火)使组织均匀化。

2 加热工艺方面

2.1 淬火加热温度低,保温时间不足 

如亚共析钢,当加热温度在 Ac3与 Ac1之间(例如25#钢淬火加热温度低于 860℃) 时, 因铁素体未完全溶入奥氏体,淬火后不能得到均匀一致的马氏体,得到的是铁素体和马氏体,影响工件硬度。从金相分析可见未溶铁素体 (如图3所示)。

对于高碳钢,特别是高合金钢,如果加热或保温时间不足会造成珠光体不能向奥氏体转变,而得不到马氏体。在实际生产中,上述情况常常是由于仪表指示出现偏差(指示温度偏高)或炉温不均匀,使工件实际温度偏低;对工件厚度估计错误,引起保温时间过短。

解决办法: 

1)控制好加热速度,避免加热速度过快,造成炉温不均匀,同时会造成过早保温计时,使保温时间不足; 

2)经常检查温度指示仪表是否完好准确,避免出现指示仪表显示到达温度,而实际温度不足的现象;

3)严格按材料手册确定淬火加热速度、加热温度,防止淬火温度偏低或偏高;

4)正确估算材料厚度,特别是异形件。

2.2 淬火加热温度过高,保温时间过长

对于工具钢 (例如T8钢),当其淬火加热温度在780℃时得到的是奥氏体和碳化物(Fe3C ),此时奥氏体溶碳量稍高于0.77%,冷却后奥氏体转变为马氏体。如果加热温度过高或保温时间过长,会造成碳化物 (Fe3C)中的碳大量溶入奥氏体,造成奥氏体溶碳量偏高,同时大大增加其稳定性,使奥氏体向马氏体(A→M) 转变,温度开始下降,因而淬火后工件中保留了大量的残余奥氏体 ,得到的组织为M+A’,由于残余奥氏体具有奥氏体性能,即硬度低,因此造成淬火后硬度下降。加热温度及回火温度对残余奥氏体含量的影响 (见图4所示 )。 

解决办法:

1)严格控制淬火加热温度及保温时间,防止过多的碳溶入奥氏体,控制加热温度更为重要; 

2)降低淬火冷却速度,或采用分级淬火,使过冷奥氏体充分向马氏体转变;  

3)采用冷处理,使残余奥氏体向马氏体转变; 

4)采用高温回火,减少残余奥氏体,硬度反而会增加。

2.3 淬火加热时,工件表面脱碳 

45#钢淬火后,通过金相分析,其表面为铁素体和低碳马氏体,而磨除表面脱碳层后,硬度符合要求,这种情况经常出现在箱式炉?未加保护或保护不良,或在脱氧不良的盐浴中加热,造成氧与工件中的碳原子反应生成CO,使工件表面含碳量下降,至使其表面硬度不足。

解决办法:

1)采用有保护气氛的无氧化加热炉,如用酒精、甲醇裂解的保护气氛等方法; 

2)采用真空加热淬火;  

发布时间:2022-01-14
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