淬火新方法提高材料韧性

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：显然，亚温淬火对提高韧性、消除回火脆性有特殊、重要的意义，它既可在预淬火后进行，也可直接进行。

1.高温淬火

这里高温是相对正常淬火加热温度而言，低碳钢和中碳钢若用较高的淬火温度，则可得到板条马氏体，增加板条马氏体数量，可获得良好的综合性能。

从奥氏体的碳含量与马氏体形态关系的实验证明，碳含量小于0.3%的钢淬火所得的全为板条马氏体。但是，普通低碳钢淬透性极差，若要获得马氏体，除合金化提高过冷奥氏体的稳定性外，还需提高奥氏体化温度和加强淬火冷却，如用16Mn钢制造五铧犁犁臂，采用940℃在10%NaOH水溶液中淬火并低温回火，可获得良好效果。

中碳钢经高温淬火可使奥氏体成分均匀，得到较多的板条马氏体，以提高其综合性能。例如，ABSI4340钢，870℃淬油后，200℃回火，其屈服强度σ0.2为1621MPa，断裂韧性KIC为67.6MPa·而在1200℃加热，预冷至870℃淬油后200℃回火，屈服强度σ0.2为1586MPa，断裂韧性KIC为81.8MPa·若在淬火状态进行比较，高温淬火的断裂韧性比普通淬火的几乎提高一倍。金相分析表明，高温淬火避免了片状马氏体(孪晶马氏体)的出现，全部获得了板条马氏体。此外，在马氏体板条外面包着层厚100～200Å的残留奥氏体，能对裂纹尖端应力集中起到缓冲作用，因而提高了断裂韧性。

2.高碳钢低温、快速、短时加热淬火

高碳钢件一般在低温回火条件下，虽然具有很高的强度，但韧性和塑性很低。为了改善这些性能，目前采用了一些特殊的新工艺对高碳低合金钢，采用快速、短时加热的方法。因为高碳低合金钢的淬火加热温度一般仅稍高于Ac1点，碳化物的溶解、奥氏体的均匀化，靠延长时间来达到。如果采用快速、短时加热，奥氏体中含碳量低，因而可以提高韧性。如T10V钢制凿岩机活塞，采用720℃预热16min，850℃盐浴短时加热8min淬火，220℃回火72min，其使用寿命大幅延长。

如前所述，高合金工具钢一般采用比Ac3点高得多的淬火温度，如果降低淬火温度，使奥氏体中碳含量及合金元素含量降低，则可提高韧性。例如，用W18CrV高速钢制冷作模具，采用1190℃低温淬火，其强度和耐磨性比其他冷作模具钢高，并且韧性也较好。

3.亚共析钢的亚温淬火

亚共析钢在Ac1～Ac3的温度加热淬火称为亚温淬火，即比正常淬火温度低的温度下淬火，其目的是提高冲击韧性值，降低冷脆转变温度及回火脆倾向性。有人研究了30CrMnSi钢不同淬火状态的冲击韧性及硬度与回火温度的关系，得到如图3-44所示的关系，由图可见，经930℃淬火＋650℃回火＋800℃亚温淬火的韧性，随着回火温度的升高而单调提高。没有回火脆性，亚温淬火之所以能提高韧性及消除回火脆性的原因尚不清楚，有人认为主要是由于残存着铁素体，脆化杂质原子P、Sb等在铁素体富集。

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图3-44　30CrMnSi钢不同淬火状态力学性能比较

1—普通淬火(930℃)；2—亚温淬火(930℃淬火＋650℃回火＋800℃亚温淬火)

有人研究了直接应用亚温淬火(不是作为中间处理的再加热淬火)时淬火温度对45、40及60Si2钢力学性能的影响，发现在Ac1～Ac3的淬火温度对力学性能的影响有一极大值，即在Ac3以下5～10℃处淬火时，硬度、强度及冲击值都达到最大值，且略高于普通正常淬火，而在稍高于Ac1的某个温度淬火时冲击值最低。这可能是由于淬火组织为大量铁素体及高碳马氏体。

显然，亚温淬火对提高韧性、消除回火脆性有特殊、重要的意义，它既可在预淬火后进行，也可直接进行。淬火温度究竟应选择多高，实验数据尚不充分，看法不完全一致。但是为了保证足够的强度，并使残余铁素体均匀细小，亚温淬火温度选在稍低于Ac3的温度为宜。

淬火新方法提高材料韧性

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