淬火后硬度不足原因的分析

在生产过程中,有时会出现淬火后硬度不足的情况,这是热处理淬火过程中常见的缺陷。硬度不足有时表现为整个工件硬度值偏低,有时是局部硬度不够或产生软点。淬火时硬度不足的原因很多,与材料内在的冶金缺陷、选材不当、错料;设计上的结构工艺性差、加热工艺、冷却介质、冷却方法以及回火温度等都有密切关系。生产中一旦出现了这种情况,必须具体地进行系统地分析与调查,针对问题,正确地加以处理。下面仅就工厂中常出现的几种情况进行分析。

 

1、原材料问题

(1)原材料选择不当或发错料。应该用高碳钢或中碳钢制造的零件而错用成低碳钢;应该用合金工具钢制造的零件错用成普通高碳钢。因此,零件淬火后便达不到硬度。这种情况,在工厂中比较常见。如用40Cr钢制造的齿轮,错用了20CrMnT;结果在齿面高频淬火时,硬度只有HRC25~30,重新二次淬火,硬度也没什么变化。最后化验分析,是投料时发料错误。最终,只有采用渗碳方法,挽救了这批工件。另一方面在设计选料时,如果工件的截面较大(大于50mm时)或工件截面薄厚相差悬殊时,若采用碳素工具钢,由于钢材淬透性不足,就会出现在大截面处硬度偏低的情况,这时,工件应改用淬透性较高的钢材制造。

(2)原材料显微组织不均匀。如碳化物偏析或聚集现象,铁素体成大块状分布,出现石墨碳,严重的魏氏组织或带状组织等。若原始组织中具有上述组织,都会出现淬火后硬度值偏低及不均匀现象。遇到这种情况,一般可在淬火前进行锻打或预先热处理(正火或均匀化退火)使组织均匀化。 

2、加热工艺问题 

(1)淬火加热温度偏低,保温时间不足也是淬火后硬度不足的原因。如亚共析钢,当加热温度在AC3与AC1之间时,则因铁素体未全部溶于奥氏体,淬火后不能得到均匀一致的马氏体而影响工件硬度。金相分析时可见未溶铁素体。对于工具钢,

特别是高合金钢,如加热不足,会出现未转变的珠光体小区及较多的未溶碳化物。在实际操作中,这种情况常常是由于仪表指示偏高或炉温不均匀,使工件的实际温度较低。有时也由于操作者对工作责任心不强,保温时间过短而引起的。

(2)淬火加热温度过高,保温时间过长。对于工具钢,当钢的加热温度过高时,大量碳化物溶于奥氏体,大大地增加了奥氏体的稳定程度,使马氏体开始转变点降低,因而淬火后工件中保留大量残余奥氏体,使淬火后工件的硬度下降。金相分析时,可见未溶的碳化物稀少,残余奥氏体量明显多。

(3)淬火加热时,工件表面脱碳,使表面硬度不足。金相分析时,表面有铁素体及低碳马氏体。当磨去表面脱碳层后,硬度便达到要求。工件在一般箱式炉中未加保护或保护不良的情况下加热,或者在脱氧不良的盐浴炉中加热,都会产生氧化脱碳现象。

 

3、冷却工艺问题

(1)淬火介质选择不当。例如:应该采用淬火或淬碱的工件采用油冷,则会因为冷却能力不够,冷却速度太慢,在冷却过程中奥氏体将发生珠光体组织转变,而得不到马氏体,致使工件的硬度值偏低。

(2)淬火介质过于陈旧,如我厂淬火用油,在长期使用过程中,碳黑及残渣使粘度上升,造成冷却能力下降,使油老化。油在淬火过程中不断发生氧化、聚合、热分解、汽化等过程,导致油的变质,此外,油内水分的增加,也促进了油老化变质成乳化状态,至使工件在淬火时,达不到要求。此时,通过更新油或过滤处理原来的陈油,使淬火硬度达到标准。

(3)淬火介质温度过高,容易出现软点。如大批零件连续淬火时,而淬火介质又没有循环冷却系统,则淬火介质温度就会升高,冷却能力下降,而造成淬不硬的现象。

(4)冷却时间控制不当,主要有以下两种情况:!双液淬火时,零件在水中停留时间过短,或从水中取出后,在空气中停留时间过长再转入油中冷却。因工件本身还有较高的温度,发生自身回火的现象,而导致硬度偏低。∀分级淬火时,在分级冷却介质中停留时间过长,发生贝氏体转变,因而硬度不足。

(5)冷却过程中,操作不当也会产生软点。工件在淬火介质中没有适当移动,致使局部地区形成蒸汽膜,降低了冷却速度,得不到均匀一致的马氏体组织,使工件局部硬度偏低。

(6)除了上述几点原因外,有时操作者大意,回火温度偏高或工件表面有氧化皮、锈斑等污物,使局部冷却不足,也会产生硬度不足的现象。

 

4、解决硬度不足的缺陷必须分清原因,采取相应对策加以防止。