試論淬火缺陷對鋼性能的影響及防止措施

摘要:淬火作為重要的熱處理工藝，對提高和確保鋼的機械性能指標，有著著重要的作用。鋼淬火質量的好壞與淬火溫度的選擇、淬火方法等有著一定的關系。一般常見的淬火缺陷包括：.氧化與脫碳、.過熱與過燒、變形與開裂。

關鍵詞:鋼的淬火 淬火缺陷 防止措施

【中圖分類號】TF7【文獻標識碼】A【文章編號】2095-3089(2012)03-0125-01

淬火是將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上30~50℃，保溫一段時間，然后快速冷卻的熱處理方法 。其主要目的是獲得馬氏體，提高鋼的強度、硬度和耐磨性。其中：馬氏體是碳溶入α-Fe中所形成的過飽和固溶體。其過飽和程度越高，鋼的硬度越高，耐磨性也越好，但淬后的組織也就越不穩定。

快冷是指以不低于臨界冷卻速度的冷速進行冷卻，而臨界冷卻速度是過冷奧氏體向馬氏體轉變的最小冷卻速度，用v臨表示。v臨是最理想的冷卻速度，若冷卻速度過快，容易造成過大的淬火應力影響淬后質量；若冷卻速度過慢表明過冷奧氏體向馬氏體轉變的中途發生分解，使淬后鋼的組織中含有分解成分，造成鋼的硬度不足，影響淬后質量。由此看出鋼淬火質量的好壞與淬火溫度的選擇、淬火方法等性具有一定的關系。下面就淬火溫度的選擇、淬火方法等問題分述如下:

一、淬火加熱溫度的選擇

1.對于亞共析鋼，適宜的淬火加熱溫度一般為Ac3+30~50℃。在此溫度鋼的組織為細晶粒的奧氏體，淬火后，得到均勻細小的馬氏體組織。如果溫度過高，形成了粗大的奧氏體晶粒，淬火后，使鋼的塑性下降、脆性增強，容易引起變形和開裂。如果溫度過低，經加熱和保溫后，得到的將是奧氏體和鐵素體，淬火后鋼的硬度不足。

2.對于過共析鋼，適宜的淬火加熱溫度一般為Ac1+30~50℃。淬火后，得到均勻細小的馬氏體和粒狀滲碳體的混合組織，由于滲碳體的硬度很高，它的存在不但不降低鋼的硬度，而且能增加鋼的耐磨性。如果加熱到Accm線以上進行淬火，則不僅會得到粗大的馬氏體，使鋼的脆性增大，還會使淬火后的鋼中殘余奧氏體的含量增加，導致鋼的硬度和耐磨性下降，并且使鋼的淬火變形和開裂的傾向也增大。

二、常用的淬火方法

1.單液淬火法。即：只在一種冷卻介質中冷卻至室溫的操作方法。分：油淬和水淬兩種，不管采用哪種介質，都必須使冷卻速度適宜，即，冷卻曲線經過C曲線的鼻部，而不小于臨界冷卻速度。

2.雙液淬火法。將加熱好的工件先放入水中冷卻到300℃左右，再立即取出放入油中冷至室溫。其優點是可以減少淬火應力和變形。缺點是從水中轉入油中的時機不好把握，過早會造成淬不透、硬度不足，甚至淬不上火。過晚，就失去了雙液淬火的意義，容易出現變形、開裂等缺陷。另外還有分級淬火和等溫淬火等。總之，淬火方法的選擇對鋼的淬火質量有著決定性的作用。

三、一般常見的淬火缺陷及其防止

綜上所述，一般常見的淬火缺陷包括：氧化與脫碳；過熱與過燒；變形與開裂；硬度不足。

造成淬火缺陷的原因及其對淬后鋼的組織及性能的影響和防止措施分述如下：

1.氧化與脫碳

鋼加熱時，爐內氧化氣氛與鋼材料表面的鐵或碳相互作用，引起氧化和脫碳。氧化，是指鐵的氧化，即：3O2+4Fe=2Fe2O3在工件表面形成一層松脆的氧化鐵皮。氧化不僅造成金屬的損耗，還影響工件的承載能力和表面質量等。脫碳，是指氣體介質和鋼表面的碳起作用而逸出，即C+O2=CO2↑。使材料表面含碳量降低，造成鋼的掉號。脫碳會降低工件表層的強度.硬度和疲勞強度。

防止措施：（1）采用具有保護性氣氛的無氧化加熱爐加熱或通入保護性氣體，如氨、氮、煤氣等；（2）工件表面涂防氧化膏劑；（3）爐內放適量的木碳；（4）采用鹽浴加熱，并注意鹽浴的脫氧。

2.過熱和過燒

鋼在淬火加熱時，由于加熱溫度過高或保溫時間過長而發生奧氏體晶粒顯著粗化的現象，稱為過熱。加熱溫度達到固相線附近，使晶界氧化并部分熔化的現象稱為過燒。

工件過熱后，晶粒粗大，淬后馬氏體組織粗大。這不僅降低鋼的力學性能（尤其是韌性），也容易引起變形和開裂。過熱可以用正火處理予以糾正，以消除由于過熱而造成的晶粒粗化的現象，待晶粒得以細化后再對工件施以正確的淬火方法進行處理。而過燒后的工件只能報廢。因為過燒后，工件已被部分氧化和熔化，這是工件被完全破壞的過程，沒有任何補救的措施。為了防止工件的過熱和過燒，必須嚴格控制加熱溫度和保溫時間。

3.變形與開裂

淬火應力是造成工件變形和開裂的原因。而淬火應力主要是由于在加熱和保溫階段所造成的晶粒粗大、冷卻速度過快及鋼的材質不均勻等因素造成的。對于變形量小的工件可采取某些措施予以糾正，而變形量太大或開裂的工件無法補救。

防止措施：為了防止變形和開裂，可采用不同的淬火方法（如分級淬火或等溫淬火等）或在設計上采取一些措施（如結構對稱、截面均勻避免尖角等）。

4.硬度不足

這是由于加熱溫度過低、保溫時間不足、冷卻速度過慢或表面脫碳等原因造成的。加熱溫度過低很容易使得鋼在加熱和保溫階段其組織不能全部轉變為奧氏體或根本就轉變不了奧氏體，這樣不管怎樣冷卻都得不到馬氏體；保溫時間不足也會使得鋼的心部組織沒有向馬氏體轉變，同樣達不到淬火的目的；冷卻速度過低，容易使過冷奧氏體在向馬氏體轉變的中途發生分解，而生成諸如索氏體、屈氏體、上貝氏體和下貝氏體等，影響淬火質量。

防止措施：一般情況下，可采用重新淬火消除，但淬火前要進行一次退火或正火處理。

總之，淬火是鋼的熱處理工藝中一個較為重要的工藝方法，是改變鋼的內部組織、提高鋼的力學性能的重要手段，而造成淬火缺陷的因素很多，又是不可避免的，但只要淬火前對被淬工件進行必要的質量處理；采用合理的淬火工藝；選擇合理的加熱溫度、嚴格控制保溫時間；采用適宜的淬火方法、以適宜的冷卻速度進行冷卻，則將會使鋼的淬火缺陷大為減少或盡量避免，以保證鋼的淬火質量和節約材料以避免不必要的浪費。

參考文獻

中等職業技術學校機械類專業通用教材 《金屬材料與熱處理》 第四版 中國勞動社會保障出版社。