亚温分级淬火工艺

■ 陈金荣

工件的淬火变形问题是当今热处理行业，乃至机械制造行业的重大难题。变形问题控制难的原因有：

（1）变形问题“太复杂”和“牵涉面太广”，从零件设计、钢材品种及其质量、冷热加工和人为因素到热处理生产的各个细节，都可能成为淬火变形的影响因素。

（2）淬火变形“几乎无规律可循”。解决淬火变形问题的措施太多，且“时灵时不灵”，常让人无所适从。

1.工艺瓶颈

我公司某产品上有个关键主件，工作时所受的负荷相当复杂，既要求具有高的硬度、耐磨性和强度，又要求具有较高的塑性和韧性，热处理畸变小。工件形状如附图所示。

工件的工艺流程：下料→锻造→粗加工→调质→精加工→热处理→表面处理→装配。

材料：40Cr；热处理技术要求：硬度为37～44HRC，热处理后4个大面的平面度≤0.05mm。寿命试验时工件不得变形破损。

由于该工件的形状复杂，不同部位的厚薄尺寸悬殊较大，结构对称性差，材料的淬透性不高，经采用多种传统的热处理工艺进行淬火试验变形量均较大，达不到热处理技术要求，特别是两侧面弯曲变形达直线度1mm左右。

采用冷校正挽救，由于工件硬度较高，加上工件有些部位的壁厚较薄，100%产生校裂。热处理变形成了工件制造的瓶颈。

2.工艺试验

为了解决工件的热处理变形，最后通过多次试验采用亚温分级淬火工艺。具体工艺如下：

（1）零件的绑扎 用铁丝捆绑工件，单件为一挂，φ12.5mm的孔朝上。

（2）淬火加热 采用悬吊方式，零件之间保持适当间隙，设备为盐浴炉 （50%氯化钾+50%氯化钠），工艺为780～790℃×6min。

（3）淬火冷却介质 硝盐（55%硝酸钾+45%亚硝酸钠）160～200℃，保持5min后空冷至硝盐发白。

（4）回火 硝盐炉（55%硝酸钠+4 5%亚硝酸钠）440℃×20min，水冷。

（5）其他工序 酸洗、检验硬度及变形量和磁粉检测。

3.试验结果

淬火后硬度：50～52HRC；回火后硬度：40～41HRC；变形量：4个大面的变形量直线度均小于0.05mm；热处理后的零件经磁粉检测均无裂纹；工件经寿命试验合格。

4.讨论

亚温淬火是亚共析钢工件在Ac1～Ac3温度区间奥氏体化后淬火冷却，获得马氏体及铁素体组织的淬火。采用亚温淬火工艺，既能赋予材料良好的综合性能，又能解决在实际生产中工件的淬火变形和开裂。

亚温淬火组织中存在未溶铁素体，从理论分析可知，铁素体的比体积比马氏体的小，故铁素体的存在可减少淬火冷却过程中奥氏体转变为马氏体所产生的组织应力，从而减小淬火钢的变形和开裂的倾向。

铁素体为韧性相，能松弛淬火冷却时奥氏体向马氏体转变所引起的应力集中，另外亚温淬火组织中马氏体量少一些，组织应力较小，由于减小了相变应力，必然减小因相变应力而引起的变形和开裂倾向。

亚温淬火时，工件系从两相区冷却，其加热温度远低于常规完全淬火的单相区加热温度，因而淬火冷却时工件表里温差较小，所以产生的热应力亦较小，从而可减小因热应力而引起的变形和开裂倾向。

工件图

分级淬火是将工件加热至奥氏体化后浸入温度稍高或稍低于Ms点的碱浴或硝盐浴中保持适当时间，在工件整体达到介质温度后取出空冷以获得马氏体的淬火。

分级冷却的主要目的，就是减小工件表面和心部，以及工件的薄壁处与厚壁处的温差，从而减小工件表面和各处温差所造成的热应力；另外，还能可靠地控制工件转入缓慢冷却和缓慢相变的过程，从而减小相变过程中的组织应力。

亚温分级淬火实际上是亚温淬火和分级淬火有机组合的热处理，利用各自工艺方法的优点，有效地减小工件的淬火变形。

5.结语

（1）亚温分级淬火工艺对减小工件热处理变形有亚温淬火和分级淬火减小变形的叠加效果。

（2）最优化的热处理工艺不可能是千篇一律的，同种材料的各项性能都会因热处理方法及其工艺参数的不同而改变，各项性能指标又常常此消彼长。

（3）选择合适的热处理工艺参数，获得与工件的使用状况和失效方式相适应的最佳综合性能，才有可能制造出高质量的产品。

20150206