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弹簧淬火工艺、淬火介质和冷却方法



淬火工艺是一种热处理工艺,其中钢被加热到高于AC3或AC1的特定温度一段时间,然后以适当的速度冷却以获得马氏体和/或贝氏体组织。
 
淬火的目的是提高硬度、强度和耐磨性,以满足零件的使用性能。淬火技术应用最广泛,如工具、测量工具、模具、轴承、弹簧和汽车、拖拉机、柴油机、切割机、气动工具、钻孔机、农业机械、石油机械、化学机械、纺织机械飞机等零件都在使用淬火工艺。
 
(1)淬火加热温度
淬火加热温度根据钢的成分、显微组织和不同的性能要求确定。亚共析钢是AC3(30 ~ 50℃);共析钢和过共析钢为AC1 (30 ~ 50℃)。
如果亚共析钢的淬火加热温度低于AC3,则此时钢没有完全奥氏体化,并且存在一些未转变的铁素体,其在淬火后保留在淬火组织中。铁素体的硬度较低,淬火后的硬度达不到要求,同时也会影响其他力学性能。如果亚共析钢被加热到比AC3高得多的温度进行淬火,奥氏体晶粒将非常粗,淬火性能将被破坏。因此,亚共析钢的淬火加热温度为AC3 (30 ~ 50℃),这不仅保证了奥氏体化的充分进行,而且保持了奥氏体晶粒的细小。
 
过共析钢的淬火加热温度一般推荐为AC1 (30 ~ 50℃)。在实际生产中,也适当提高了20℃左右。当在此温度范围内加热时,其结构是奥氏体,具有细小晶粒和一些细小且均匀分布的未溶解碳化物。淬火后,除少量残余奥氏体外,其组织为均匀分布在层状马氏体基体上的细小碳化物颗粒。这种结构具有高硬度、耐磨性和相对较小的脆性。
 
过共析钢的淬火加热温度不能低于AC1,因为此时钢尚未奥氏体化。如果加热到略高于AC1的温度,珠光体完全转变成奥氏体,少量渗碳体溶解成奥氏体。此时,奥氏体晶粒细小,其碳含量略高于共析成分。如果温度继续升高,二次渗碳体将持续溶解到奥氏体中,导致奥氏体晶粒的持续生长和碳浓度的持续增加,这将导致淬火变形趋势的增加、淬火组织中微裂纹的增加和脆性的增加。同时,由于奥氏体中碳含量高,淬火后残余奥氏体量增加,降低了工件的硬度和耐磨性。因此,过共析钢不适合在高于AC1的加热温度下淬火太多,更不适合加热到ACm或更高的完全奥氏体化的温度。
 
在生产实践中选择工件淬火加热温度时,除了要遵守上述一般原则外,还要考虑许多因素的影响,如化学成分、技术要求、尺寸和形状、原始结构、加热设备、冷却介质等。工件的加热温度也应适当调整。如合金钢零件,通常取上限,对于复杂形状的零件取下限。
 
新强韧化工艺选择的淬火加热温度不同于普通淬火温度。例如,亚温淬火是亚共析钢在略低于AC3的温度下奥氏体化后的淬火,它可以提高韧性,降低脆性转变温度,消除回火脆性。如45、40Cr、60Si2等材料制成的工件亚温淬火加热温度为AC3-(5~10℃)。
 
采用高温淬火可获得较多的板条状马氏体或使全部板条马氏体提高强度和韧性。如16Mn钢在940℃淬火,5CrMnMo钢在890℃淬火,20CrMnMo钢在920℃淬火,效果较好。高碳钢的低温、快速、短时加热淬火可以通过适当降低高碳钢的淬火加热温度或采用快速加热、缩短保温时间来降低奥氏体的碳含量,提高钢的韧性。
 
(2)保温时间
为了完成工件内外零件的组织转变、碳化物溶解和奥氏体成分均匀化,有必要在淬火加热温度下保持一定时间的温度。
 
(3)淬火介质
用于淬火和冷却工件的介质称为淬火和冷却介质(或淬火介质)。理想的淬火介质应该具有这样的条件,即工件可以淬火成马氏体而不会产生太多的淬火应力。“前端”处的冷却速率应大于临界冷却速率,以确保过冷奥氏体不会发生非马氏体转变。在“鼻子”下,特别是当Ms指向温度时,冷却速度应尽可能小,以减少组织转化的应力。

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