關(guān)于低碳低合金鋼鑄件的淬火

曹志華

（洛陽洛北重工機(jī)械有限公司，河南　洛陽　471000）

關(guān)于低碳低合金鋼鑄件的淬火

曹志華

（洛陽洛北重工機(jī)械有限公司，河南洛陽471000）

低碳合金鋼由于含碳量低，合金成分也低，為提高低碳合金鋼的性能，使之達(dá)到高合金的性能，低碳合金鋼的熱處理難度很大也很關(guān)鍵，對于含碳量小于0.25的低碳合金鋼淬火若使淬火后硬度達(dá)到400HB以上，馬氏體含量90%以上，要求淬火液溫度不能大于30攝氏度，淬火液水流流速大于0.6米/秒，同時(shí)嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)移時(shí)間，這樣才能保證低合金鋼的淬火質(zhì)量。

水流流速；水的溫度；淬火硬度；馬氏體含量

由于金屬礦石在全球分布極不均衡，礦石的采購除受當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)影響外，還受天氣，運(yùn)輸?shù)纫恍┮蛩赜绊?，這樣需要較多合金才能生產(chǎn)成的高合金鋼鑄件的生產(chǎn)相應(yīng)也會(huì)受到影響，同時(shí)高合金鋼鑄件的成本較高，高合金鋼鑄件價(jià)位較高，如果低合金鋼鑄件能夠滿足高合金鋼鑄件一定的性能要求，用低合金鋼鑄件替代高合金鋼鑄件，由于低合金鋼鑄件的生產(chǎn)受到制約和局限較小，同時(shí)低合金鋼鑄件能夠節(jié)省很大的成本，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過熱處理予以控制，熱處理中關(guān)鍵因素是淬火過程，因此低碳合金鋼鑄件的淬火變得尤為重要。

1　低碳低合金鋼的定義及現(xiàn)階段的淬火情況

1.1低合金鋼的元素含量

鋼的分類如下：碳素鋼：a 低碳鋼 W（C）≤0.25%；b 中碳鋼0.25%≤W（C）≤0.6%高碳鋼 W （C）＞0.6%

合金鋼：a 低合金鋼 合金元素總含量≤ 5%；b 中合金鋼5%≤合金元素總含量≤10%高合金鋼 合金元素總含量≥10%。

實(shí)驗(yàn)所采用的低碳合金鋼的各元素的成分如下：碳C：0.20-0.25 Mn：1.0-1.5 硅Si： 0.4-0.6 鉻Cr0.26-0.32鉬Mo0.24-0.28

1.2低合金鋼鑄件淬火存在的問題

以前舊的熱處理方法，就是工件加熱到相變溫度后，將工件后放入淬火液中，低合金鋼鑄件的淬火，工件淬火后硬度檢測，鑄件硬度偏低布氏硬度小于300HB，金相組織馬氏體含量小于30%，表面形成脫碳層，機(jī)械性能提高不大，還容易造成工件變形。

2　低碳合金鋼鋼淬火需要控制的幾個(gè)關(guān)鍵因素

2.1淬火液的溫度控制

采用純水當(dāng)作淬火液，常用的淬火液有水，淬火油和熔鹽/熔堿，油適用于高合金鋼，各種化學(xué)淬火液污染，使用成本高，水是應(yīng)用最早、最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的淬火介質(zhì)，它價(jià)廉易得、無毒、不燃燒、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、冷卻能力強(qiáng)，通過控制水的溫度、提高壓力、增大流速、采用循環(huán)水、利用磁場作用等，均可以改善水的冷卻特性，減少變形和開裂，獲得比較理想的淬火效果，但由于這些方法需增加專門設(shè)備，且工件淬火后性能不是很穩(wěn)定，純水只適合于少數(shù)含碳量不高，淬透性低且形狀簡單的鋼件淬火用。

淬火液的冷卻效果和工件淬火時(shí)對淬火液溫度的要求，由于季節(jié)變化、工件淬火先后順序的不同、淬火工件數(shù)量多少的變化以及淬火液多少和是否循環(huán)冷卻，淬火液的溫度都是變化者的，因此淬火液溫度最高不大30℃，并且需要安裝水溫溫度計(jì)對溫度進(jìn)行監(jiān)控。

同時(shí)淬火液純水需要進(jìn)行更新，由于車間粉塵及每次工件淬火工件氧化皮的脫落，純水淬火液也會(huì)變得渾濁，根據(jù)淬火頻次和淬火量的大小，為保證淬火的效果，需要定期對純水淬火液進(jìn)行更換。

2.2工件的轉(zhuǎn)移時(shí)間

工件的轉(zhuǎn)移時(shí)間是指工件從打開爐門算起，到工件移到淬火液指定位置的時(shí)間，工件轉(zhuǎn)移的時(shí)間越短越好，時(shí)間長了工件降溫較大，因此對于較大工件（重量＞300kg）轉(zhuǎn)移時(shí)間要控制在65秒之內(nèi)。

對于不是一個(gè)自動(dòng)化的熱處理線的調(diào)質(zhì)線來說，工件無論是臺(tái)車爐或者是箱式爐，爐門需要升降時(shí)間，工件從爐內(nèi)到淬火池需要吊掛、起吊、吊運(yùn)時(shí)間，這些過程都會(huì)隨著操作的熟練程度能夠一步步減少，對整個(gè)轉(zhuǎn)移時(shí)間做SPC曲線統(tǒng)計(jì)分析看出該規(guī)律，同時(shí)能夠明了發(fā)現(xiàn)異常過程。

對于自動(dòng)化熱處理系統(tǒng)，爐門和吊運(yùn)是程序編制控制，配置好硬件設(shè)施，設(shè)定好參數(shù)，工件淬火轉(zhuǎn)移的時(shí)間是穩(wěn)定的，從而也能保證工件淬火后結(jié)果的穩(wěn)定性，越來越多的被采用。

2.3淬火溶液的流速

由于水作為淬火液，水的易蒸汽膜階段長，易生氣泡，在淬火件的表面尤其是工件凹槽和孔內(nèi)蒸汽不易逸出，造成冷卻受到影響和冷卻不均，因此易出現(xiàn)表面硬度低和軟點(diǎn)，怎樣使蒸汽膜不包裹工件，是取得淬火成功的關(guān)鍵因素之一，如果工件淬火時(shí)水流流速達(dá)到某一速度，水流的流速就能吹去工件淬火時(shí)包圍工件的蒸汽膜，這樣工件的冷卻就能保證，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，如果工件淬火的水流流速能達(dá)到0.6m/s，就能保證工件淬火時(shí)馬氏體含量。

淬火液水流的方向有單一方向、交叉方向和對流方向，單一方向?qū)崿F(xiàn)起來需要很對的水和較大的功率的出水系統(tǒng)，同時(shí)容易造成水流沖向的面硬度高，遮擋面硬度低，形成硬度不均的現(xiàn)象；交叉方向和對流方向通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，對流方向的效果明顯由于交叉方向，對于厚大工件需要采用水流對流的方案。

2.4冷卻時(shí)間

工件出水時(shí)的溫度控制在100-200攝氏度，雖然是低碳鋼，由于淬火過程激烈，工件淬火充分，控制工件出水有一定的溫度，能夠防止裂紋的產(chǎn)生，工件出水可用遠(yuǎn)紅外線測溫槍對工件厚大位置進(jìn)行檢測，每次對在水里冷卻的時(shí)間和測得溫度進(jìn)行匯總總結(jié)，找到同一工件的冷卻時(shí)間，后期批量生產(chǎn)時(shí)可以通過控制工件在水里的淬火時(shí)間來控制。

3　淬火后的檢測

3.1硬度檢測

工件在淬火過程中，表面形成脫碳層，通過裝爐方式和工件在淬火池水流的方向，以及工件的關(guān)鍵區(qū)域，進(jìn)行檢測位置，用砂輪機(jī)磨去脫碳層，用King硬度計(jì)對進(jìn)行檢測，對于用King硬度計(jì)不易檢測的工件部位，可以用錘擊進(jìn)行檢測，檢測硬度應(yīng)在400HB以上。

最大影響層深度（Maximum Affected Depth）計(jì)算公式：MAD=0.50+（0.02*工件的最大截面厚度）單位mm。

3.2金相檢測

一般低碳合金鋼金相的檢查是在工件淬火回火后金相的檢測，也可以在工件淬火完成后進(jìn)行檢查，對于小工件可將工件直接放于顯微鏡下觀察，大工件不易拋磨重量較大的，可采用移動(dòng)式金相顯微鏡或者檢查同體試塊的方法，金相顯微鏡觀察馬氏體含量達(dá)90%以上（見圖1），這樣工件淬火合格，從而工件獲得較高的機(jī)械性能。

圖1　

4　結(jié)論

鑄鋼件的熱處理技術(shù)是鑄鋼件生產(chǎn)的核心技術(shù)，該技術(shù)的發(fā)展一直很緩慢，尤其是低碳低合金鋼的淬火技術(shù)，之前一直被認(rèn)為該種材質(zhì)的淬火是不能改變該材質(zhì)性能的，并且還造成工件表面脫碳，通過實(shí)踐得到的結(jié)果看，低碳低合金鋼有一個(gè)好的熱處理系統(tǒng)，保證熱處理過程中的參數(shù)，低碳低合金鋼通過熱處理，能夠達(dá)到一些高合金鋼的性能，為節(jié)省能源，擺脫鑄鋼件的限制提供一種方案。

［1］ 王順興.金屬熱處理原理與工藝 哈爾濱大學(xué)出版社2009.9

［2］ 文九巴.材料科學(xué)與工程 哈爾濱大學(xué)出版社 2007.8 附錄

TG113

A

1003-5168（2015）11-038-02

曹志華（1982.7-），男，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向：機(jī)械制造。