一、降低亚共析钢加热温度传统工艺要求 ,亚共析钢淬火需加热到Ac3 +(30 - 50 )℃ ,保温一定时间 ,获得单相奥氏体组织 ,粹火后获得单相马氏体组织 ,回火后 ,其强度、硬度高 ,又有一定的塑性、韧性。若加热温度在 Ac1- Ac3 间 ,如图(1) ,得铁素体和奥氏体双相组织 ,淬火后 ,奥氏体转变为马氏体 ,铁素体被保留下来 ,铁素体强度、硬度低 ,塑性、韧性好 ,因而使硬度达不到要求 ,并影响回火后机械性能。但近年来 ,国内外许多研究者发现 ,在高强度低温回火马氏体基础上 ,分布有恰当数量大小、形态的第二相组织 ,如铁素体 ,可使材料在具有高强度的同时 ,能明显提高 图 1加热时 Fe-Fe3 c状态图上各临界点位置材料的塑性、韧性 ,得到回火马氏体组织所得不到的强韧性配合 ,使之具有较高的疲劳强度 ,较高的冲击韧性值 ,较低的疲劳裂纹扩展速率等。实验证明 :材料 6 0 D钢 ,试样为 NPL,在疲劳试验机上做疲劳试验。不同淬火组织 ,应力水平与试样断裂前循环次数关系如表 (一 )。表一 6 0 D钢疲劳裂纹孕育期 NO值 <3>应力水平组织状态单一马氏体马氏体 +
铁素体180 MPa 5.5× 10 4 9.7× 10 42 4 0 MPa 10 4 6 .6× 10 4 由表中数据可知 ,马氏体 +铁素体组织比单一马氏体组织具有更多的应力循环次数 ,从而具有更高的疲劳强度。因此从 6 0 D钢疲劳强度看 ,淬火加热时 ,某些亚共析钢并不需要获得单一马氏体组织 ,即并不需要加热到 Ac3 +(30 - 50 )℃ ;相反 ,获得马氏体 +铁素体双相组织 ,性能更好 ,即加热温度可在 Ac1- Ac3 之间。图 (2 )表示 4 5钢不同的奥氏体化温度与淬火回火后性能间的关系。 4 5钢 Ac3 温度为 80 2℃ ,从图中可见 ,无论从抗拉强度、硬度、冲击韧性哪个单相来看 ,加热温度不需高到 Ac3 +(30 - 50 )℃ ,而从综合机械性能来看 ,加热温度甚至可略低于 Ac3 ,即加热时得到的是奥氏体 +铁素体组织 ,淬火后得到的是马氏体 +铁素体组织。二、保温时间传统理论要求 ,亚共析钢加热到 Ac3 +(30 - 50 )℃ ,需保温图 2 45钢淬火回火性能与温度的关系 一定时间 ,促使铁素体向奥氏体转变 ,以及渗碳体的溶解 ,另外必须继续延长保温时间 ,以使奥氏体中含碳量趋于均匀。但许多资料指出 :亚共析结构钢在加热到 Ac3 温度 ,奥氏体均匀化过程发展极为迅速 ,即使均匀化不充分 ,淬火后对其机械性能也无多大影响 ,有时甚至会提高材料的某些机械性能。如含碳为 0 .4 5%钢棒 ( 2 0 )在调质过程中淬火加热时 ,不同保温时间的性能无大变化。表 (二 )。表二 2 0 mm4 5钢试棒 830℃淬火 ,550℃回火后性能 <4 >加热时间(min)σsMPaσbMPaδ%ψ%αkKgf· m/ cm 备 注8812 .4 90 8.7 16 .6 56 .510 .4保温时间为零12 80 8.3884 .817.0 6 0 .0 10 .9短时间保温2 0 814.990 2 .817.2 59.19.2短时间保温 图 (3)为 0 .57% c钢加热、保温时间与淬火后性能关系 ,可以看出 :长时间加热保温的强韧性反而有下降趋势。因此亚共析结构钢淬火加热时不需要奥氏体的均匀化 ,即可缩短保温时间 ,其性能并不差。四、结论一、铁素体本身强度、硬度低、塑性、韧性高 ,但不能因此而认为马氏体基体上分布有铁素体而削弱了材料的机械性能 ,相反 ,只要铁素体大小、形态、数量分布得当 ,且能提高钢铁材料综合机械性能。 图 3 0 .5 7% c钢加热保持时间与性能的关系 <4>二、有些亚共析钢淬火处理加热温度不需传统工艺要求的 Ac3 +(30 - 50 )℃那么高 ,加热温度甚至可略低于 Ac3 温度。三、在正常温度下 ,奥氏体化的加热保持时间不需要象传统工艺所规定的那样长。重新认识亚共析钢淬火加热温度与保 温时间@陈玉华$安徽化工学校!安徽安庆246003亚共析钢;;淬火;;
加热温度;;机械性能;;保温时间钢铁热处理目的是改善其组织,提高其机械性能 ,延长机械零件的使用寿命。然而该工艺大量消耗能源。我国机械工业正在服役的热处理设备中 ,电炉约占 90 % ,年耗电量将近 90亿度 ,经过多年努力 ,虽然全国热处理平均电耗已由 1 978年的约 1 60 0度 /吨 ,下降到目前的约 1 0 0 0度 /吨 ,但是与工业发达国家相比仍有很大差距 ,平均处理 1吨工件的耗电量比日本和欧美要多 2至 3倍 <1>。热处理能耗绝大部分用于加热和保温 ,因此为了降低能耗 ,降低产品成本 ,应在满足热处理质量前提下 ,尽可能降低加热温度 ,缩短保温时间。随着科学技术的发展 ,测试手段的完善提高 ,对加热温度、保温时间与热处理后钢材性能之间关系有了新的认识。本文探讨亚共析钢的淬火加热温度与保温时间。<1 > 李健 .我国热处理与国外的差距及对策〔J〕.金属热处理 ,1 998,( 1 )
<2 > 罗会昌 .金属材料及热处理〔M〕.化学工业出版社 ,1 998.5.
<3 > 宋余九等 .中碳马氏体中存在铁素体时的疲劳裂纹扩展〔A〕.第三届全国热处理大会论文集〔C〕.北京 :机械工业出版社 ,1 992 .
<4 > 樊东黎 .中国热处理的能源利用 .金属热处理 ,1 996,( 5) .
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