亞溫分級淬火工藝

■ 陳金榮

工件的淬火變形問題是當今熱處理行業，乃至機械制造行業的重大難題。變形問題控制難的原因有：

（1）變形問題“太復雜”和“牽涉面太廣”，從零件設計、鋼材品種及其質量、冷熱加工和人為因素到熱處理生產的各個細節，都可能成為淬火變形的影響因素。

（2）淬火變形“幾乎無規律可循”。解決淬火變形問題的措施太多，且“時靈時不靈”，常讓人無所適從。

1.工藝瓶頸

我公司某產品上有個關鍵主件，工作時所受的負荷相當復雜，既要求具有高的硬度、耐磨性和強度，又要求具有較高的塑性和韌性，熱處理畸變小。工件形狀如附圖所示。

工件的工藝流程：下料→鍛造→粗加工→調質→精加工→熱處理→表面處理→裝配。

材料：40Cr；熱處理技術要求：硬度為37～44HRC，熱處理后4個大面的平面度≤0.05mm。壽命試驗時工件不得變形破損。

由于該工件的形狀復雜，不同部位的厚薄尺寸懸殊較大，結構對稱性差，材料的淬透性不高，經采用多種傳統的熱處理工藝進行淬火試驗變形量均較大，達不到熱處理技術要求，特別是兩側面彎曲變形達直線度1mm左右。

采用冷校正挽救，由于工件硬度較高，加上工件有些部位的壁厚較薄，100%產生校裂。熱處理變形成了工件制造的瓶頸。

2.工藝試驗

為了解決工件的熱處理變形，最后通過多次試驗采用亞溫分級淬火工藝。具體工藝如下：

（1）零件的綁扎 用鐵絲捆綁工件，單件為一掛，φ12.5mm的孔朝上。

（2）淬火加熱 采用懸吊方式，零件之間保持適當間隙，設備為鹽浴爐 （50%氯化鉀+50%氯化鈉），工藝為780～790℃×6min。

（3）淬火冷卻介質 硝鹽（55%硝酸鉀+45%亞硝酸鈉）160～200℃，保持5min后空冷至硝鹽發白。

（4）回火 硝鹽爐（55%硝酸鈉+4 5%亞硝酸鈉）440℃×20min，水冷。

（5）其他工序 酸洗、檢驗硬度及變形量和磁粉檢測。

3.試驗結果

淬火后硬度：50～52HRC；回火后硬度：40～41HRC；變形量：4個大面的變形量直線度均小于0.05mm；熱處理后的零件經磁粉檢測均無裂紋；工件經壽命試驗合格。

4.討論

亞溫淬火是亞共析鋼工件在Ac1～Ac3溫度區間奧氏體化后淬火冷卻，獲得馬氏體及鐵素體組織的淬火。采用亞溫淬火工藝，既能賦予材料良好的綜合性能，又能解決在實際生產中工件的淬火變形和開裂。

亞溫淬火組織中存在未溶鐵素體，從理論分析可知，鐵素體的比體積比馬氏體的小，故鐵素體的存在可減少淬火冷卻過程中奧氏體轉變為馬氏體所產生的組織應力，從而減小淬火鋼的變形和開裂的傾向。

鐵素體為韌性相，能松弛淬火冷卻時奧氏體向馬氏體轉變所引起的應力集中，另外亞溫淬火組織中馬氏體量少一些，組織應力較小，由于減小了相變應力，必然減小因相變應力而引起的變形和開裂傾向。

亞溫淬火時，工件系從兩相區冷卻，其加熱溫度遠低于常規完全淬火的單相區加熱溫度，因而淬火冷卻時工件表里溫差較小，所以產生的熱應力亦較小，從而可減小因熱應力而引起的變形和開裂傾向。

工件圖

分級淬火是將工件加熱至奧氏體化后浸入溫度稍高或稍低于Ms點的堿浴或硝鹽浴中保持適當時間，在工件整體達到介質溫度后取出空冷以獲得馬氏體的淬火。

分級冷卻的主要目的，就是減小工件表面和心部，以及工件的薄壁處與厚壁處的溫差，從而減小工件表面和各處溫差所造成的熱應力；另外，還能可靠地控制工件轉入緩慢冷卻和緩慢相變的過程，從而減小相變過程中的組織應力。

亞溫分級淬火實際上是亞溫淬火和分級淬火有機組合的熱處理，利用各自工藝方法的優點，有效地減小工件的淬火變形。

5.結語

（1）亞溫分級淬火工藝對減小工件熱處理變形有亞溫淬火和分級淬火減小變形的疊加效果。

（2）最優化的熱處理工藝不可能是千篇一律的，同種材料的各項性能都會因熱處理方法及其工藝參數的不同而改變，各項性能指標又常常此消彼長。

（3）選擇合適的熱處理工藝參數，獲得與工件的使用狀況和失效方式相適應的最佳綜合性能，才有可能制造出高質量的產品。

20150206