關于低碳低合金鋼鑄件的淬火

曹志華

（洛陽洛北重工機械有限公司，河南　洛陽　471000）

關于低碳低合金鋼鑄件的淬火

曹志華

（洛陽洛北重工機械有限公司，河南洛陽471000）

低碳合金鋼由于含碳量低，合金成分也低，為提高低碳合金鋼的性能，使之達到高合金的性能，低碳合金鋼的熱處理難度很大也很關鍵，對于含碳量小于0.25的低碳合金鋼淬火若使淬火后硬度達到400HB以上，馬氏體含量90%以上，要求淬火液溫度不能大于30攝氏度，淬火液水流流速大于0.6米/秒，同時嚴格控制轉移時間，這樣才能保證低合金鋼的淬火質量。

水流流速；水的溫度；淬火硬度；馬氏體含量

由于金屬礦石在全球分布極不均衡，礦石的采購除受當地經濟影響外，還受天氣，運輸等一些因素影響，這樣需要較多合金才能生產成的高合金鋼鑄件的生產相應也會受到影響，同時高合金鋼鑄件的成本較高，高合金鋼鑄件價位較高，如果低合金鋼鑄件能夠滿足高合金鋼鑄件一定的性能要求，用低合金鋼鑄件替代高合金鋼鑄件，由于低合金鋼鑄件的生產受到制約和局限較小，同時低合金鋼鑄件能夠節省很大的成本，鋼鐵顯微組織復雜，可以通過熱處理予以控制，熱處理中關鍵因素是淬火過程，因此低碳合金鋼鑄件的淬火變得尤為重要。

1　低碳低合金鋼的定義及現階段的淬火情況

1.1低合金鋼的元素含量

鋼的分類如下：碳素鋼：a 低碳鋼 W（C）≤0.25%；b 中碳鋼0.25%≤W（C）≤0.6%高碳鋼 W （C）＞0.6%

合金鋼：a 低合金鋼 合金元素總含量≤ 5%；b 中合金鋼5%≤合金元素總含量≤10%高合金鋼 合金元素總含量≥10%。

實驗所采用的低碳合金鋼的各元素的成分如下：碳C：0.20-0.25 Mn：1.0-1.5 硅Si： 0.4-0.6 鉻Cr0.26-0.32鉬Mo0.24-0.28

1.2低合金鋼鑄件淬火存在的問題

以前舊的熱處理方法，就是工件加熱到相變溫度后，將工件后放入淬火液中，低合金鋼鑄件的淬火，工件淬火后硬度檢測，鑄件硬度偏低布氏硬度小于300HB，金相組織馬氏體含量小于30%，表面形成脫碳層，機械性能提高不大，還容易造成工件變形。

2　低碳合金鋼鋼淬火需要控制的幾個關鍵因素

2.1淬火液的溫度控制

采用純水當作淬火液，常用的淬火液有水，淬火油和熔鹽/熔堿，油適用于高合金鋼，各種化學淬火液污染，使用成本高，水是應用最早、最廣泛、最經濟的淬火介質，它價廉易得、無毒、不燃燒、物理化學性能穩定、冷卻能力強，通過控制水的溫度、提高壓力、增大流速、采用循環水、利用磁場作用等，均可以改善水的冷卻特性，減少變形和開裂，獲得比較理想的淬火效果，但由于這些方法需增加專門設備，且工件淬火后性能不是很穩定，純水只適合于少數含碳量不高，淬透性低且形狀簡單的鋼件淬火用。

淬火液的冷卻效果和工件淬火時對淬火液溫度的要求，由于季節變化、工件淬火先后順序的不同、淬火工件數量多少的變化以及淬火液多少和是否循環冷卻，淬火液的溫度都是變化者的，因此淬火液溫度最高不大30℃，并且需要安裝水溫溫度計對溫度進行監控。

同時淬火液純水需要進行更新，由于車間粉塵及每次工件淬火工件氧化皮的脫落，純水淬火液也會變得渾濁，根據淬火頻次和淬火量的大小，為保證淬火的效果，需要定期對純水淬火液進行更換。

2.2工件的轉移時間

工件的轉移時間是指工件從打開爐門算起，到工件移到淬火液指定位置的時間，工件轉移的時間越短越好，時間長了工件降溫較大，因此對于較大工件（重量＞300kg）轉移時間要控制在65秒之內。

對于不是一個自動化的熱處理線的調質線來說，工件無論是臺車爐或者是箱式爐，爐門需要升降時間，工件從爐內到淬火池需要吊掛、起吊、吊運時間，這些過程都會隨著操作的熟練程度能夠一步步減少，對整個轉移時間做SPC曲線統計分析看出該規律，同時能夠明了發現異常過程。

對于自動化熱處理系統，爐門和吊運是程序編制控制，配置好硬件設施，設定好參數，工件淬火轉移的時間是穩定的，從而也能保證工件淬火后結果的穩定性，越來越多的被采用。

2.3淬火溶液的流速

由于水作為淬火液，水的易蒸汽膜階段長，易生氣泡，在淬火件的表面尤其是工件凹槽和孔內蒸汽不易逸出，造成冷卻受到影響和冷卻不均，因此易出現表面硬度低和軟點，怎樣使蒸汽膜不包裹工件，是取得淬火成功的關鍵因素之一，如果工件淬火時水流流速達到某一速度，水流的流速就能吹去工件淬火時包圍工件的蒸汽膜，這樣工件的冷卻就能保證，根據實驗結果看，如果工件淬火的水流流速能達到0.6m/s，就能保證工件淬火時馬氏體含量。

淬火液水流的方向有單一方向、交叉方向和對流方向，單一方向實現起來需要很對的水和較大的功率的出水系統，同時容易造成水流沖向的面硬度高，遮擋面硬度低，形成硬度不均的現象；交叉方向和對流方向通過實驗數據看，對流方向的效果明顯由于交叉方向，對于厚大工件需要采用水流對流的方案。

2.4冷卻時間

工件出水時的溫度控制在100-200攝氏度，雖然是低碳鋼，由于淬火過程激烈，工件淬火充分，控制工件出水有一定的溫度，能夠防止裂紋的產生，工件出水可用遠紅外線測溫槍對工件厚大位置進行檢測，每次對在水里冷卻的時間和測得溫度進行匯總總結，找到同一工件的冷卻時間，后期批量生產時可以通過控制工件在水里的淬火時間來控制。

3　淬火后的檢測

3.1硬度檢測

工件在淬火過程中，表面形成脫碳層，通過裝爐方式和工件在淬火池水流的方向，以及工件的關鍵區域，進行檢測位置，用砂輪機磨去脫碳層，用King硬度計對進行檢測，對于用King硬度計不易檢測的工件部位，可以用錘擊進行檢測，檢測硬度應在400HB以上。

最大影響層深度（Maximum Affected Depth）計算公式：MAD=0.50+（0.02*工件的最大截面厚度）單位mm。

3.2金相檢測

一般低碳合金鋼金相的檢查是在工件淬火回火后金相的檢測，也可以在工件淬火完成后進行檢查，對于小工件可將工件直接放于顯微鏡下觀察，大工件不易拋磨重量較大的，可采用移動式金相顯微鏡或者檢查同體試塊的方法，金相顯微鏡觀察馬氏體含量達90%以上（見圖1），這樣工件淬火合格，從而工件獲得較高的機械性能。

圖1　

4　結論

鑄鋼件的熱處理技術是鑄鋼件生產的核心技術，該技術的發展一直很緩慢，尤其是低碳低合金鋼的淬火技術，之前一直被認為該種材質的淬火是不能改變該材質性能的，并且還造成工件表面脫碳，通過實踐得到的結果看，低碳低合金鋼有一個好的熱處理系統，保證熱處理過程中的參數，低碳低合金鋼通過熱處理，能夠達到一些高合金鋼的性能，為節省能源，擺脫鑄鋼件的限制提供一種方案。

［1］ 王順興.金屬熱處理原理與工藝 哈爾濱大學出版社2009.9

［2］ 文九巴.材料科學與工程 哈爾濱大學出版社 2007.8 附錄

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1003-5168（2015）11-038-02

曹志華（1982.7-），男，本科學歷，助理工程師，研究方向：機械制造。