回火改進滲碳件直接淬火后硬度不夠

王根利

熱處理滲碳零件必須經過淬火、回火處理后，才能達到表層高硬度、心部高韌性的要求。滲碳后的各種熱處理方法可根據零件材料和性能要求來恰當選擇，方法有：預冷直接淬火；預冷后分級淬火；一次淬火；一次淬火的分級淬火；二次淬火；表面淬火等。

我公司在實際生產中使用20CrMnMo、20CrMnTi材料較多，大都采用預冷直接淬火方法，這樣能減少能源消耗，降低成本，簡化工藝。但由于設備控制與實際操作有時存在誤差，往往會出現淬火后硬度低（45～55HRC），達不到技術要求（58～62HRC），還要重新返工，再次加熱淬火，浪費能源。

滲碳淬火硬度低的原因有以下幾種：表面碳濃度低，包括爐溫低或氣氛碳勢不足；表面脫碳、殘留奧氏體過多或表面形成托氏體組織；淬火溫度過高，表面碳濃度高，淬火后奧氏體合金元素含量過高，殘留奧氏體過多等。通過我們實際操作及試樣斷口分析，排除前兩種原因，那么，也就是第三種原因造成淬火后硬度低，常規的方法是高溫回火后重新加熱淬火，這樣就會浪費能源及延長零件熱處理周期，給公司帶來很大浪費。

要解決此問題，就必須控制淬火溫度及爐內碳勢，然而實際操作與控制存在的偏差有時解決不了滲碳直接淬火硬度低的問題，那么，我們就試著用回火的方法來提高淬火硬度。

滲碳零件正常狀態下的淬火組織：表層為馬氏體+少量碳化物+殘留奧氏體、馬氏體+殘留奧氏體，心部為低碳馬氏體，對于淬透性較小的鋼或尺寸大的工件，還存在托氏體或索氏體+鐵素體組織。

通過分析，表層的淬火硬度偏低是馬氏體組織不足、殘留奧氏體過多造成，正常的滲碳直接淬火后，采取的是低溫（180～200℃）回火，而我們通過試驗采取高于低溫區間，在240～280℃回火，保溫時間大于低溫回火的兩倍，再在低溫區正常回火，冷卻后檢測硬度在60～61HRC，達到技術要求，滿足工件的使用性能。

經反復試驗（見附圖）得出結論：淬火后硬度越低，溫度就越高；反之，硬度越高，溫度越低。依據為回火的組織轉變，第二階段殘留奧氏體的分解轉變回火馬氏體，延長回火時間是為了讓殘留奧氏體充分轉變為馬氏體，得到馬氏體后再低溫回火，以消除內應力，提高組織和尺寸的穩定性，同時減少工件變形。

回火溫度與硬度關系圖