T8鋼淬火開裂的消除方法

王雅靜， 李福龍

（呂梁學(xué)院化學(xué)化工系， 山西 呂梁 033000）

T8鋼淬火開裂的消除方法

王雅靜， 李福龍

（呂梁學(xué)院化學(xué)化工系， 山西 呂梁 033000）

工具鋼的淬火開裂時(shí)常發(fā)生，通過(guò)制定不同熱處理工藝，應(yīng)用掃描電子顯微鏡、光學(xué)金相顯微鏡及洛氏硬度計(jì)探討了不同淬火介質(zhì)及淬火工藝對(duì)T8鋼淬火開裂的影響。結(jié)果表明：如果采用鹽水作為淬火介質(zhì)，要將淬火加熱溫度控制在不大于800℃；在鹽水淬火前對(duì)T8鋼進(jìn)行合適的球化退火，可以避免淬火開裂；油的冷卻能力小，淬火后不能得到全馬氏體組織，殘余奧氏體較多，造成力學(xué)性能下降，所以盡管油這種冷卻介質(zhì)在淬火加熱溫度為950℃以下避免T8鋼開裂，但是這種介質(zhì)在實(shí)際生產(chǎn)中是不建議使用的。

T8鋼 淬火開裂 馬氏體

T8鋼是常用的刃具鋼種之一，用于制作中硬度、較高韌性的風(fēng)動(dòng)類工具、模具。在實(shí)際生產(chǎn)中由于其本身淬透性比較差、含碳量高、熱處理工藝制定的不恰當(dāng)，使得工件組織當(dāng)中出現(xiàn)大面積片層狀及網(wǎng)狀的二次滲碳體，性能表現(xiàn)為硬而脆并且在淬火過(guò)程中容易引起變形和開裂，影響材料的使用壽命。因此本文從淬火溫度、淬火介質(zhì)及預(yù)備熱處理工藝這三個(gè)方面探討了消除T8鋼淬火開裂的方法。

1 試驗(yàn)材料和方法

本實(shí)驗(yàn)所采用的材料是某廠生產(chǎn)的Φ16 mmT8鋼棒材，應(yīng)用鉬絲切割機(jī)切成長(zhǎng)度為20 mm的小試樣若干，并把試樣分成三組分別做對(duì)比性實(shí)驗(yàn)。一組，將鋼分別加熱到800℃、850℃、900℃、950℃保溫1 h后鹽水淬火；二組，球化退火（加熱到780℃保溫1 h后緩冷到660℃保溫2 h，爐冷）后分別再進(jìn)行800℃、850℃、900℃、950℃保溫1 h鹽水淬火；三組，將鋼加熱到800℃、850℃、900℃、950℃保溫1 h，油淬。然后應(yīng)用金相顯微鏡和SEM掃描電子顯微鏡對(duì)組織形貌進(jìn)行觀察分析，最后應(yīng)用洛氏硬度計(jì)測(cè)量淬火硬度，從而得出相應(yīng)結(jié)論。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 鹽水淬火試驗(yàn)結(jié)果分析

圖1是T8鋼于不同奧氏體化溫度保溫后在鹽水中淬火后的顯微組織圖（同一樣品中不同位置圖），由圖1可知T8鋼于850℃、900℃、950℃保溫后淬火均出現(xiàn)了淬火開裂現(xiàn)象。

圖1 T8鋼鹽水淬火顯微組織圖

由圖1可知T8鋼在800℃、850℃保溫鹽水淬火后得到的組織均是大量未溶碳化物+殘余奧氏體+馬氏體；由于滲碳體在850℃以上大量溶解，所以在900℃和950℃保溫淬火圖片中幾乎看不到未溶解的碳化物，所得到的組織均為針狀馬氏體+殘余奧氏體組織。

將T8鋼進(jìn)行800℃鹽水淬火時(shí)，由于基體中含有大量未溶碳化物，所以?shī)W氏體中的溶碳量較低，淬火后奧氏體向馬氏體相變，得到含碳量較低的馬氏體組織，亞結(jié)構(gòu)為高密度的位錯(cuò)，加之800℃保溫淬火后試樣各截面產(chǎn)生的溫差較小，淬火熱應(yīng)力較小，不至于發(fā)生淬火開裂現(xiàn)象。隨著淬火溫度升高，馬氏體中的碳的溶解量增多，含碳量增加將降低馬氏體的斷裂強(qiáng)度[1]，并且淬火溫度高奧氏體晶粒粗大，之后形成粗針狀馬氏體，容易形成顯微裂紋。T8鋼在850℃以上溫度保溫后鹽水淬火時(shí)，在試樣表面與鹽水接觸時(shí)，由于表面比心部要冷卻的快，所以導(dǎo)致試樣各個(gè)截面產(chǎn)生的溫差較大，并且初始奧氏體化溫度越高，溫差越大，所形成的內(nèi)應(yīng)力也越大，最終使表面受拉應(yīng)力，心部受壓應(yīng)力[2]，使得工件開裂。

2.2 球化退火+鹽水淬火試驗(yàn)結(jié)果分析

圖2是原始樣品和經(jīng)過(guò)一次球化退火后的樣品的掃描電鏡組織圖。過(guò)共析鋼在淬火回火之前一般都要通過(guò)球化退火預(yù)備熱處理來(lái)改善碳化物的分布及形態(tài)。由于原始樣品的碳化物形態(tài)并不理想，所以在原始樣品基礎(chǔ)上又進(jìn)行了一次球化退火（加熱到780℃保溫1 h后緩冷到660℃保溫2 h，爐冷）熱處理。圖2-1為原始樣品的粒狀珠光體組織，圖2-2為原始樣品經(jīng)過(guò)球退之后的組織形態(tài)，雖然兩個(gè)樣品的組織均為粒狀珠光體，但是原始樣品中的碳化物顆粒有大有小，形態(tài)各異，既有鵝軟石狀又有方形和三角形，而球化退火以后的T8鋼得到的碳化物是球狀的，大小均勻，顆粒細(xì)小，分布在鐵素體基體上。

圖2 珠光體組織狀態(tài)對(duì)比

由圖3可知，T8鋼在球化退火后進(jìn)行不同淬火加熱溫度下淬火后沒(méi)有出現(xiàn)淬火開裂現(xiàn)象，在兩相區(qū)加熱（800℃、850℃）時(shí)，基體中尚存在大量的未溶碳化物，淬火后這些碳化物均勻分布在馬氏體上，若原始碳化物的形貌不均勻含有棱角較多，那么在這些尖端處容易誘發(fā)應(yīng)力集中，相反，若碳化物以鵝軟石狀分布在馬氏體組織上，在應(yīng)力的作用下，不容易形成應(yīng)力集中。在單相區(qū)（900℃、950℃）加熱時(shí)，雖然此時(shí)碳化物大量溶解，但仍然有一定數(shù)量的殘留碳化物如圖3-3和圖3-4，一定程度上起到了阻礙奧氏體晶粒粗化，減小了淬火開裂傾向性。

圖3 鋼球化退火加鹽水淬火組織圖（×400）

2.3 油淬試驗(yàn)結(jié)果分析

由圖4同一樣品不同位置的圖可知，T8鋼在800℃、850℃淬火加熱油淬火后得到的組織是未溶碳化物+殘余奧氏體+馬氏體；900℃、950℃油淬后得到的組織是高碳粗針狀馬氏體+殘余奧氏體。油淬和鹽水淬火相比冷卻速度比較平緩，這就導(dǎo)致T8鋼在冷卻時(shí)表面和心部的溫差比較小，這樣在冷卻時(shí)試樣體積的變化和奧氏體在向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的體積變化就比較小，避免了急冷熱應(yīng)力的產(chǎn)生，所以心部受拉和表面受壓就較小，800℃、850℃、900℃油淬后試樣沒(méi)有開裂；在950℃油淬后開裂是由于高碳馬氏體的孿晶型亞結(jié)構(gòu)、淬火加熱溫度高馬氏體片條粗大，組織應(yīng)力和熱應(yīng)力較高。

表1是球化退火+鹽水淬火與油淬兩組熱處理工件的硬度測(cè)試結(jié)果，由表1可知鹽淬后的試樣硬度平均比油淬之后的試樣的硬度高，這是由于前者得到的馬氏體組織的量較多。

圖4 T8鋼油淬金相組織

表1 試樣硬度數(shù)據(jù)結(jié)果

3 結(jié)論

1）在實(shí)際生產(chǎn)中如果采用鹽水作為淬火介質(zhì)，要將淬火加熱溫度控制在不大于800℃，這樣工件可以避免開裂。

2）在鹽水淬火前對(duì)T8鋼進(jìn)行合適的球化退火，可以避免淬火開裂。

3）油的冷卻能力小，淬火后不能得到全馬氏體組織，殘余奧氏體較多，造成力學(xué)性能下降，所以盡管油這種冷卻介質(zhì)在淬火加熱溫度為950℃以下避免T8鋼開裂，但是這種介質(zhì)在實(shí)際生產(chǎn)中是不建議使用的。

[1] 劉宗昌.淬火開裂及防止方法[J].熱處理，2010，25（3）：75-76.

[2] 葉宏.金屬熱處理原理與工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015：145-146.

（編輯：苗運(yùn)平）

Method for Eliminating Quenching Cracking of T8 Steel

Wang Yajing,Li Fulong
（Department of Chemistry and Chemical Engineering,Lvliang University,Lvliang Shanxi 033000）

The quenching cracking oftool steel often occurs.Through the development ofdifferent heat treatment process,by the application of scanning electron microscope and optical microscope,Rockwell hardness tester,the effect of different quenching medium and quenching process on quenching cracking of T8 steel are discussed.The results show that ifthe use ofsaline as the quenchingmedium,quenchingtemperature should be controlled in 800 DEGC;ifappropriate spheroidizing annealing of T8 steel is conducted before brine quenching,quenching cracking can be avoided.The oil cooling ability is poor,and total martensite structure can not be gained after quenching,leaving more residual austenite,resulting in the degradation of mechanical properties.Although the cooling medium of oil can avoid cracking of T8 steel in quenching temperature below 950 DEG C,but the medium is not recommended for use in actual production.

T8 steel,quenching cracking,martensite

TG156.3

A

1672-1152（2017）04-0050-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.19

2017-07-18

王雅靜（1988—），女，2013年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，碩士研究生，助教，從事金屬的固態(tài)相變和熱處理工藝研究。