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钢淬火回火工艺参数确实定

作者：长江挖掘机厂

1 序言

淬火是强化材料最有效热处理工艺方法，其工艺参数选择直接影响着材料性能。这就要求热处理工作者不停创新，改善工艺，有效地发挥出材料潜力，节省能源，降低生产成本。本文简述了钢淬回火工艺参数确实定及量化依据。

2 淬火加热温度

按常规工艺，亚共析钢淬火加热温度为Ac3＋（30～50℃）；共析和过共析钢为Ac1＋（30～50℃）；合金钢淬火加热温度常选择Ac1（或Ac3）＋（50～100℃）；高合金钢含有大量高熔点碳化物，要增大奥氏体化程度，淬火加热温度更高，有些已达成靠近熔点程度。

为了达成钢所要求不一样性能，淬火加热温度正在向高或低两个方面发展。亚温淬火就是将淬火温度降至Ac3点以下5～10℃α＋γ两相区，在保留大约10%～15％未溶铁素体状态进行淬火，在确保强度及较高硬度同时，塑性、韧性得到改善，淬火变形或开裂显著降低，回火脆性也有所减弱。现已作为一个新成熟工艺已取得中国外热处理工作者共识。

另外，还有些人发觉［1］，以40Cr钢为代表亚共析钢在Ac3点处有硬化峰出现，此温度淬火不仅可取得最高硬度，且各项力学性能也为最好值，掌握适当能充足发挥钢潜力。

和其相反，提升一些钢淬火温度也可取得预想不到结果。如热模具钢5CrMnMo、5CrNiMo钢淬火温度由传统860℃提升至920℃（高出30～80℃）［2］，加速了碳化物溶解，增加了马氏体中合金含量，组织均匀。能够取得大量高位错马氏体，断裂韧度大大提升，红硬性更为优异，其使用寿命成倍提升。又如，H13钢淬火温度由1050℃提升至1100℃时，奥氏体晶粒并不显著长大，因为碳化物溶解加速，奥氏体中含碳及合金元素增多，其结果使δb、δ0.2（室温和500℃）及热疲惫性能提升，有利于延长H13钢模具使用寿命［3］。

伴随对亚共析钢所要求性能而异，其淬火温度选择有很大灵活性。不过不管提升或是降低温度，均是以钢临界点Ac3为关键依据。所以，正确掌握钢Ac3点极其关键。多年来，热处理工作者发展了Ac3点计算模型［4］。

多年来，引进或中国新开发工程机械斗齿用低合金耐磨钢，如ZG30CrMn2SiReB钢为亚共析钢［5，6］，为发挥钢潜力，取得耐磨性和一定强韧性，所采取淬火温度均高于传统温度90～120℃。这说明，钢淬火温度对不一样钢种和所要求性能是有很大差异，不能一概而论，必需跳出传统约束。

高合金钢淬火温度一样也有很大变动，由定性逐步向定量化过渡，使所选择淬火温度更切合实际。有些人提出平衡碳概念［6］，并由此决定正常淬火温度。

平衡碳CS＝0.033wW＋0.063wMo＋0．06wCr＋0．2wV

钢碳饱和度A为钢中实际碳量C实和平衡碳CS之比，即A＝C实／CS。由计算出不一样A值来决定所对应最好淬火温度，可取得满意质量要求。也有些人提出以碳化物溶解温度为依据，决定高速钢淬火温度方法，即

TS（°F）＝2310－200wC＋40wV＋8wW＋5wMo±12

T淬（°F）＝TS－（35～50）

用于制作模具高速钢，在要求一定耐磨性同时，还要含有一定韧性，所选择加热温度要比传统低，通常按下式决定［7］：

W18Cr4V钢 T（℃）＝1260－（64－HRC值）×10

（2）

W6Mo5Cr4V2钢T（℃）＝1190－（64－HRC值）×10

（3）

式中 HRC——为模具要求硬度值。

3 加热时间

为了降低生产成本，提升生产效率，缩短加热时间是有效而简便方法。经大量测试对比发觉，确定加热时间传统方法存在部分问题。有些人试验提出表1所表示加热时间更适合于实际，比传统加热时间显著降低。
表1 按τ＝kW计算保温时间推荐W值
工件形状
W／cm
k／min.cm－1
柱 状
板 状
管 状
（1／6～1／4）D
（1／6～1／2）B
（1／4～1／2）δ
7
7
10
注：盐炉加热用。D、B、δ分别为工件直径、板厚和管壁厚
对于大截面工件加热时间，有些人认为截面大工件达成淬火效果也仅是一定深度，在加热时完全热透，不仅延长时间、浪费能源，而且冷却过程要散失热量相对增多，其冷却强度下降，使实际淬火效果变差。测试发觉，奥氏体相变通常不超出几分钟，所以加热时间以确保工件截面内外温度一致为准，有些人以此为依据提出零保温新概念，现已逐步被大家所接收。

4 冷却

为了使钢淬火冷却更适宜，选择介质及冷却强度应依据钢临界冷却速度。热处理工作者导出了不一样类型计算式或模型，含有代表性以下式：［8］

(1) 取得马氏体临界冷却速度

lgv1＝9.81－（4.26wC＋1.05wMn＋0.54wNi＋0.5wCr＋0.66wMo＋0.00183PA）

（2） 取得贝氏体临界冷却速度

lgv2＝10.17－（3.08wC＋1.07wMn＋0．70wNi＋0.57wCr＋1.58wMo＋0．0032PA）（℃／h）

式中 PA——奥氏体化参数。

因为工件“淬火质量效应”影响，不一样截面工件实际冷却速度有很大改变，为此有些人提出水、油淬时截面和冷却强度定量关系：

式中 H1、H0——分别为不一样搅拌态和静止状态下冷却强度。

模具淬火冷却要求留有一定余热，有些人总结出决定淬火冷却时间经验式［9，10］：

式中 A——油状态系数
V、F——分别为模具体积和表面积，dm3、dm2
D——模具高度或厚度，mm

喷冷淬火处理了大截面工件淬火冷却不足难题，经过调整喷液压力、流量和时间来控制冷却强度，实现计算机控制，满足大批量淬火需要［11，12］。另外，喷冷淬火远可控制工件冷却至一定程度，使其保留一定余温，利用余热进行自回火。节能、省时、高效，很有发展潜力。

5 淬火效果评定

钢淬透性以往只能定性地从端淬图表上查得，使用不便。多年来，评定钢淬透性逐步量化，即由对应公式计算，直观方便且有一定可靠性。经典应用公式以下［13］：

＋16wMn＋35wMo＋5wSi-0.82KASTM
式中 E——至淬火端距离，mm
KASTM——晶粒度等级

有些钢种仅采取硬度评定尚感不足，必需配合组织观察和性能测试。如ZG30CrMn2SiReB钢，达成最高淬火硬度工艺参数并非性能最好，而采取比取得最高硬度更高淬火温度，硬度即使略有下降，不过耐磨性和强韧性为最好。

6 回火

通常钢回火工艺参数是依据钢所要求硬度和力学性能从相关手册选择，使用不仅麻烦，而且对新钢种也无从下手。为处理这类问题，热处理工作者作了大量工作，以回火动力学为依据总结推导出多种类型回火专用式［14，15］和通用式，［16，17］为现场生产使用和工艺编制计算机化提供了条件。

为了提升生产效率，开发出了快速回火工艺方法。快速回火原理是基于回火参数P和钢性能和硬度约束关系。即回火工艺参数相等时，所取得硬度或力学性能基础相同。回火参数P＝（θ＋273）（wC＋lgt）是温度θ和时间t函数，要取得一样回火效果，能够由不一样θ和t进行组合［18］。

以往数次反复回火实际效果并未引发大家重视，研究也较少。文件［19］总结提出了衡量数次回火累积作用。如钢在各温度条件下回火参数分别为P1、P2……，其累积总回火参数P总可表示为：

P总＝lg（10P1＋10P2……）

使数次不一样温度回火效果取得量化评定，能够说是对回火过程认识深化和提升。

参考文件
1 赵振东．40Cr钢Ac3点淬火硬化峰及其分析.机械工程材料，1992（3）
2 王德合．模具热处剪发展.国外金属热处理，1997（1）
3 朱心昆等.淬火温度对H13钢性能影响.金属热处理，1994（8）
4 陈汉清译.确定钢临界点计算模型.国外金属热处理，1985（3）
5 王和德等.新型耐磨钢淬火工艺特点．金属热处理，1993（11）
6 赵步青.M2高速钢中碳饱和度探讨．金属热处理，1987（4）
7 张一公.高速钢淬火回火工艺发展．金属热处理，1988（8）
8 Bolondeau．Ret．Heat Treatmet76 London．Metals Socitty，1976
9 胡煜伟.热锻模淬火油冷时间计算.金属热处理，1994（4）
10 贺 柱.热锻模淬火油冷时间确定.金属热处理，1984（6）
11 赵振东．整体加热喷冷淬火．机械工人（热），1997（6）
12 福田达等.热处理（日）1989（5）
13 竹村和夫.金属材料の选じ方.铸铸造と热处理，1987（9）
14 钟士红等.多个钢回火方程和回火动力学曲线.金属热处理，1983（11）
15 赵振东.40Cr钢淬回火工艺参数计算及力学性能估计.机械工人（热），1995（3）
16 邹庆化.钢成份回火温度和硬度之间关系.金属热处理，1994（3）
17 高子腾译.计算机辅助确定结构钢淬火和回火工艺参数.国外金属热处理，1990（3）
18 谢行平，决定快速回火参数试行公式．金属热处理，1980（6）
19 赵细金.回火参数及应用．国外金属热处理，1996（1）(end)