9.7 淬火工艺的新发展

淬火工艺的新发展第九章钢的淬火及回火热处理原理与工艺◆钢的淬火及淬火冷却介质◆钢的淬透性和淬硬性◆淬火应力、变形及开裂◆淬火工艺的制定◆钢的回火组织转变及回火类型◆回火工艺的制定◆淬火工艺的新发展钢的淬火及回火淬火工艺的新发展为了充分发挥材料的潜力，在满足各类机器零件日益提高的性能要求的前提下，还要满足高效、节能、环保等方面日益苛刻的要求，热处理工作者不断探索具有更高强韧化效果的新途径，开发出一系列新的淬火工艺与技术。一、奥氏体晶粒的超细化处理淬火工艺的新发展一般把钢的晶粒度细化到10级以上的处理方法称为“晶粒超细化”处理。经超细化处理后再淬火，可明显提高钢的强韧性，显著降低钢的脆性转化温度。1.

超快速加热法

超快速加热法是釆用具有超快速加热的能源来实现的，如大功率电脉冲感应加热、电子束加热和激光加热皆属此类。

釆用这种方法可使工件表面或局部获得超细化的奥氏体晶粒，淬火后硬度和耐磨性显著提高。一、奥氏体晶粒的超细化处理淬火工艺的新发展2.

快速循环加热淬火法首先将工件快速加热到Ac3以上，经短时间保温后，迅速冷却，如此循环多次。由于每加热一次，奥氏体晶粒就被细化一次，这种方法对其它所有能淬硬的钢均可使用。45钢快速循环加热淬火工艺过程一般来说，原始组织中的碳化物越细小，加热速度越快，最高加热温度越低时，晶粒细化效果越好。

当然，对于尺寸较大的工件，要使整体都快速加热和冷却是困难的。二、碳化物的超细化处理淬火工艺的新发展细化碳化物并使之均匀分布是改善高碳钢强韧性的一个有效途径。

高碳工具钢的最终热处理工艺大都为淬火及低温回火，但最终热处理状态下的碳化物尺寸、形态和分布在很大程度上受其原始组织的影响，所以往往把使碳化物超细化而获得适当原始组织的预备热处理与最终热处理看成是一个不可分割的整体。预备热处理都有一个共同特点，即首先进行高温固溶加热，使毛坯组织中的碳化物全部溶解，然后采取不同的工艺方法得到细小均匀分布的碳化物。二、碳化物的超细化处理淬火工艺的新发展1.高温固溶化淬火+高温回火（即高温调质处理）高温固溶化淬火不仅可以抑制先共析碳化物的析出，而且淬火得到的马氏体和残余奥氏体组织经高温回火后，可得到球状的碳化物，并呈均匀弥散分布。如Cr12MoV钢经1100℃×40min加热油冷至室温，再经690℃×0.5h+750℃×2.5h炉冷到500℃后空冷至室温，最后进行980℃淬火+240℃回火，最终硬度为HRC62.6，模具使用寿命大幅度提高。二、碳化物的超细化处理淬火工艺的新发展2.高温固溶化+等温处理高碳钢经高温固溶化淬火处理易引起开裂，为此开发了“高温固溶化+等温处理”方法来细化碳化物。如GCrl5钢先在1040℃加热30min进行高温固溶化，使碳化物全部溶入奥氏体，然后于620℃等温得到细片状珠光体，或于425℃等温得到贝氏体组织，最后按常规工艺进行淬火回火，可使碳化物尺寸达0.1μm，模具的接触疲劳寿命提高2~3倍。在碳化物超细化的基础上再进行奥氏体晶粒超细化处理，称为双细化处理，可以产生更好的强韧化效果。三、控制马氏体、贝氏体组织形态及其组成的淬火淬火工艺的新发展1.中碳合金钢的超高温淬火提高中碳合金钢的淬火温度，可使奥氏体成分均匀化，有利于在淬火后得到较多的板条马氏体。

如40CrNiMoA钢采用1200℃加热油淬，与正常温度（870℃）加热油淬相比，其断裂韧性可提高约70%，原因就是超高温淬火后得到的几乎都是板条状马氏体，而且在马氏体板条周围有1×10-5~2×10-5mm厚的残余奥氏体薄膜存在，这种薄膜很稳定，即使冷至-183℃也不转变，它对高的局部应力集中不敏感，不易产生裂纹，能提高断裂韧性。三、控制马氏体、贝氏体组织形态及其组成的淬火淬火工艺的新发展2.高碳钢的低温短时加热淬火采用快速加热至略高于Ac1的温度，短时保温淬火，得到以板条马氏体为主的组织，使高碳钢在保持高硬度的同时还具有良好的韧性。如T10A制作的冷锹凸模常规热处理工艺为760~780℃加热水淬或油淬，然后180~220℃回火，硬度为61~62HRC，冲击韧性为10J/cm2，易出现崩刃和折断，为此降低淬火温度（约750℃），适当缩短保温时间，减少碳化物的固溶，防止奥氏体中碳含量增加，淬火后获得了50%以上的板条马氏体，硬度达60~61HRC，冲击韧性达20J/cm2。三、控制马氏体、贝氏体组织形态及其组成的淬火淬火工艺的新发展3.获得马氏体加贝氏体复合组织的淬火目前工业中广泛应用的高强度或超高强度钢，可以通过控制等温转变过程或冷却速率的方法来获得适当数量的马氏体加贝氏体复合组织，以达到良好的强韧性。如40CrNi2Si2MoVA钢（中碳低合金超高强度钢）淬火后显微组织为板条马氏体、下贝氏体和残余奥氏体，300℃回火后，回火马氏体、下贝氏体和残余奥氏体的形态、数量和分布达到较好的匹配，强化效果显著，具有较好的综合力学性能。四、使钢中保留适当数量塑性第二相的淬火淬火工艺的新发展1.亚共析钢的亚温淬火（α+γ两相区淬火）釆用亚温淬火对改善结构钢的韧性，降低韧脆转化温度，以及抑制第二类回火脆性具有明显效果。但碳含量越高，亚温淬火的强韧化效果越小。亚温淬火前的原始组织不应有大块铁素体存在，因此亚温淬火前需进行正常淬火或调质（有时也可正火）。如16Mn经常规工艺（900℃加热淬火及600℃回火）后，冲击韧性为110J/cm2，韧脆转化温度为-22℃。若经900℃预冷淬火及800℃亚温淬火和600℃回火后，冲击韧性提高为167J/cm2，韧脆转化温度降至-63℃。四、使钢中保留适当数量塑性第二相的淬火淬火工艺的新发展2.控制残余奥氏体形态