“零保溫”淬火工藝在中結(jié)鋼中的應(yīng)用

徐秀芬(甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

我公司西部重工鍛熱車間熱處理工件月產(chǎn)量中近4/5是45鋼、40Cr為主的中碳結(jié)構(gòu)調(diào)質(zhì)件。為了節(jié)省加熱時間和電能，我們以45鋼為代表的中碳結(jié)構(gòu)鋼的調(diào)質(zhì)工藝，實施了以節(jié)能為目的的改進(jìn)，即在調(diào)質(zhì)處理中采用零保溫淬火或Ac3零保溫淬火，并就這兩種新工藝對工件熱處理后機(jī)械性能，金相組織的影響進(jìn)行了可行性實驗研究；并在生產(chǎn)中應(yīng)用證明，這兩種工藝不僅對工件熱處理質(zhì)量無影響，而且提高了工效，降低了電耗，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 調(diào)質(zhì)處理“零保溫”淬火

保溫時間一般是指工件裝爐后爐溫升至淬火溫度開始算起，到出爐為止所需的時間。它包括工件熱透和內(nèi)部組織充分轉(zhuǎn)變時間。過去車間對中碳結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)處理的淬火加熱，在空氣電阻爐中保溫系數(shù)一般選用0.6～0.8min/mm，我們認(rèn)為比較保守，容易引起表面氧化脫碳，對熱處理質(zhì)量并無好處，由于淬火加熱中奧氏體轉(zhuǎn)變僅需幾秒鐘即可完成，而奧氏體的均勻化時間也只需1分鐘左右。故對于諸如45鋼類的無過剩碳化物亞共析鋼在調(diào)質(zhì)處理中，可以采用所謂零保溫淬火。即工件在規(guī)定的淬火溫度（Ac3+30℃～50℃）加熱，待工件到達(dá)該溫度時即可取出淬火。一般認(rèn)為對于厚壁零件外表雖達(dá)到了淬火溫度，但心部溫度仍很低。但據(jù)實驗測定，直徑或厚度不大于100mm的工件，在空氣電阻爐中加熱其表面和心部幾乎同時到達(dá)淬火溫度。直徑為200mm的45鋼在820℃～830℃加熱，當(dāng)表面到溫時中心只低15℃～17℃，鑒于車間熱處理調(diào)質(zhì)中小件較多，且直徑或厚度上大都小于200mm這一情況，我們?nèi)ˇ?00×285mm45鋼試件3個，在RJХ-60-9箱式電爐中加熱至840℃水淬，保溫時間以工件表面到溫后計算，分別取0、20、40min，而后580℃回火3小時。分別在3個試件的D/4處取樣測試調(diào)質(zhì)后的機(jī)械性能，所得結(jié)果見表1。表1所列機(jī)械性能數(shù)據(jù)可看出，對中碳結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)中采用零保溫淬火，其機(jī)械性能與常規(guī)調(diào)質(zhì)工藝比較無大差別。從金相組織看（見圖1、圖2、圖3）各自回火屈氏體組織也無大的差別。經(jīng)過我們在實際生產(chǎn)上同整爐調(diào)質(zhì)對比，見表2，不僅加熱時間縮短了1/3，提高了工效；而且取得節(jié)電17%的效果，降低了生產(chǎn)成本，熱處理后工件硬度也都符合要求。

2 調(diào)質(zhì)處理中Ac3零保溫淬火

長期以來，對亞共析碳素鋼其淬火溫度的選擇原則一般為Ac3+（30℃～50℃）。在實際生產(chǎn)中，綜合考慮其它因素，也往往有選為Ac3+（40℃～70℃）。我們認(rèn)為對諸如45鋼類的中碳結(jié)構(gòu)鋼其加熱溫度只需保證鐵素體完全溶解即可，近年來的研究表明，亞共析鋼在淬火加熱時追求奧氏體均勻化是沒有必要的。相反，不均勻奧氏體淬火濃度梯度增大，馬氏體細(xì)化程度增加，另外據(jù)有關(guān)人士測定，CK45鋼（類似我國45鋼）在800℃，1秒鐘后開始轉(zhuǎn)變，在此溫度下奧氏體碳化物中鐵素體的轉(zhuǎn)變，約50秒后完成。所以從提高工效，降低能耗角度出發(fā)，對中碳結(jié)構(gòu)鋼可在其鐵素體消失的溫度Ac3稍高10℃～15℃淬火，而不必為追求奧氏體均勻化。

（1）840℃×0 + 580℃×3 hr水淬

表1 熱處理工藝及性能

表2 齒輪不同熱處理工藝

表3 熱處理不同加熱保溫時間的機(jī)械性能

表4 傘齒輪不同工藝的性能

（2）840℃×20 min+ 580℃×3 hr水淬

（3）840℃× min+ 580℃×3 hr水淬

（4）800℃×0+ 580℃×3 hr水淬

（5）840℃× 20 min+ 580℃× 3 hr水淬

（6）840℃× 40 min+ 580℃× 3 hr水淬

基于上述，我們?nèi)赃x取Φ100mm×285mm45鋼試件3個，在RJХ-60-9箱式電爐中加熱至800℃水淬，保溫時間分別取0min、20min、40min，而后580℃回火3h。分別在3個試件的D/4處取樣測試調(diào)質(zhì)后的機(jī)械性能并與表1數(shù)據(jù)比較得出表3。從表3數(shù)據(jù)可看出，對45鋼將淬火溫度降至800℃并采用零保溫淬火，調(diào)質(zhì)后其機(jī)械性能與常規(guī)調(diào)質(zhì)工藝比較無大的降低，或者差別不大。從金相組織對比（見圖4、圖5、圖6）也沒有很多差別。所以，中碳結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)處理時采用Ac3零保溫淬火是可行的。該工藝既不易引起晶粒長大也不加劇表面氧化脫碳和變形；同時提高了工效，降低了電耗。經(jīng)我們在實際生產(chǎn)中與常規(guī)調(diào)質(zhì)工藝比較，淬火加熱時間減少了42%，節(jié)電33%，熱處理后硬度也符合要求（見表4）?？梢钥闯?，從工藝上采用節(jié)能措施，往往具有事半功倍的效果。

[1]安正昆《鋼鐵熱處理》北京：機(jī)械工業(yè)出版社1985

[2]《鋼鐵金相圖譜》機(jī)械工業(yè)部上海材料研究所北京：機(jī)械工業(yè)出版社1985

[3]《熱處理手冊》第2版 第2卷 北京：機(jī)械工業(yè)出版社1997

[4]戚正風(fēng)《金屬熱處理原理》北京：機(jī)械工業(yè)出版社1987

[5]夏立芳《金屬熱處理工藝學(xué)》哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1986