由图4-34可知，喷涂态WC-17Co涂层的磨损失重最为严重，磨损率约为6.755μg/m；随着热处理温度的升高，磨损率呈现先降低后上升的趋势，经900℃热处理的涂层，其磨损率最小，约为3.325μg/m，较喷涂态下降了约51%。由图4-35可知，随着热处理温度的升高，涂层的孔隙率随之升高，当热处理温度高于500℃后，涂层孔隙率急剧增加。......
2023-06-18
渗碳后热处理的优化方案
【摘要】：如渗碳中奥氏体晶粒未发生明显长大，则可在渗碳后直接淬火。对一般合金渗碳钢，常采用稍高于Ac3的温度加热淬火。
渗碳只改变了工件表层的化学成分，要提高渗碳件的表层及心部性能，必须在渗碳后进行淬火和低温回火。生产中淬火方法主要有：直接淬火、一次淬火、两次淬火及高温回火后淬火等。
1.直接淬火
直接淬火是指工件在渗碳后直接淬火冷却的工艺。如渗碳中奥氏体晶粒未发生明显长大，则可在渗碳后直接淬火。直接淬火时，通常要将工件随炉预冷至一定温度，然后再淬火冷却。渗碳后预冷的目的如下：
(1)让渗层奥氏体在预冷过程中析出一部分碳化物，以降低奥氏体中碳及合金元素的含量，使其Ms、Mf提高，从而减少渗层残留奥氏体，提高表面硬度。
(2)析出的碳化物还有利于提高渗层的耐磨性。
(3)在较低温度下淬火，可降低淬火内应力，减少淬火畸变。
由于表层与心部碳含量不同，各自适宜的淬火温度自然也不同，淬火加热温度选择如图5-18所示。对碳钢而言，表层适合的预冷温度略高于Ar1，这可使表层组织、性能得到满足，变形也较小；但此温度对心部淬火就太低了，心部会析出大量铁素体，使强度降低。如果预冷到Ar3以上，则心部适合，但对碳含量较高的表层(如阴影区内靠右)则偏高，由于表层未能析出碳化物，使奥氏体中碳含量偏高，淬火后残留奥氏体数量较多。这使预冷温度的选择成为两难的事情。
图5-18 淬火加热温度选择
实际生产中，预冷温度应根据零件性能要求来确定。
(1)如果零件侧重要求表层硬度和耐磨性，而对心部性能要求不高，则预冷温度应主要考虑满足表层性能要求，即预冷温度略高于Ar1(但不允许析出网状碳化物)。但这会使心部预冷中析出较多铁素体，降低其强度。
(2)如果零件对心部性能要求较高，而对表层要求不高，则应主要考虑满足心部性能要求，预冷温度应高于心部的Ar3。当然，这对表层来说，温度偏高，其硬度会降低。
(3)实际中这两种极端情况较少，更多的是表层与心部性能要兼顾。这时要对零件心部和表层的成分、性能要求、淬透性及淬火方法等综合考虑后酌情而定。对于碳钢，预冷温度应为Ar1～Ar3。对于多数合金钢，通常预冷温度为820～860℃。
直接淬火法的优点是生产效率高，节能，变形小，氧化、脱碳程度轻，适于渗碳中晶粒未粗化的本质细晶粒钢，如20CrMnTi、20CrMnMoH等。如果晶粒明显粗化，则在预冷中并不能使奥氏体晶粒细化。如直接淬火，会导致马氏体粗大、性能变坏。对此，需空冷后重新加热，将奥氏体晶粒细化，再进行淬火冷却。
2.一次淬火
一次淬火是将工件渗碳后空冷或坑冷至室温，然后重新加热淬火的工艺。与直接淬火类似，一次淬火温度同样应根据心部和表层的成分和性能要求等确定。对侧重要求表层高硬度、高耐磨性的工件，淬火加热温度应略高于表层的Ac1，而侧重要求心部强度的工件，则淬火温度应略高于心部的Ac3。如要兼顾心部和表层性能，对碳钢而言，淬火温度应为Ac1～Ac3(780～810℃，具体与成分等有关)。对一般合金渗碳钢，常采用稍高于Ac3的温度(820～860℃)加热淬火。此时，奥氏体晶粒较细，表层残留碳化物尚未完全溶解，淬火后残留奥氏体量适中，表层硬度较高；而心部铁素体也较少，故强度也较高。
一次淬火法主要用于气体渗碳后晶粒发生粗化的钢(如15、20、20Cr等)，或某些不便直接淬火的工件(如固体渗碳件、需用淬火压力机淬冷及渗碳后尚需机械加工的工件)。与直接淬火相比，一次淬火工艺较复杂，生产周期较长，费用高，氧化、脱碳及变形倾向较大。
3.两次淬火
工件渗碳冷却后，先在高于Ac3的温度奥氏体化并淬冷以细化心部组织，随即在略高于Ac1的温度奥氏体化以细化渗层组织的淬火称两次淬火。图5-19是两次淬火工艺曲线。
图5-19 两次淬火工艺曲线
第一次淬火的加热温度应高于心部的Ac3温度(碳钢常用880～900℃，合金钢常用850～870℃)，其目的是细化心部组织，并消除表面网状渗碳体，为第二次淬火做准备。此温度对表层来说有些偏高，会使表层晶粒粗化。第一次淬火在油中冷却或在空气中冷却；第二次淬火主要是为细化表层组织，温度选择稍高于表层的Ac1(要求心部强度高的工件为810～830℃)。两次淬火后心、表层组织明显细化，表层碳化物呈粒状，残留奥氏体较少，性能较好，尤其是疲劳强度明显提高。但两次淬火法生产周期长，工艺复杂，费用高，变形和氧化、脱碳严重，因此生产上很少使用，只对高温渗碳件及某些性能要求较高的零件(如航空业某些重要工件)才使用。
4.高温回火后淬火
此热处理工艺主要应用于合金元素含量较高的高淬透性合金渗碳钢，如12CrNi3A、20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA等。这类钢由于渗碳时奥氏体中合金元素及碳含量较高，奥氏体十分稳定，Ms、Mf较低(如18Cr2Ni4WA的Ms、Mf由渗碳前的310℃、250℃变为80℃和零下)，淬火后，表层含有大量的残留奥氏体，淬火硬度只有50～55HRC。为此，在淬火前须进行高温回火，如图5-20所示，以使残留奥氏体发生分解，碳化物充分析出和聚集、球化。如20Cr2Ni4在600℃回火2～3h，而18Cr2Ni4WA采用三次640～680℃的高温回火，每次3h，回火后空冷。高温回火后，在稍高于Ac1温度(780～800℃)加热淬火。由于球状碳化物较稳定，加热时，只有部分碳化物溶于奥氏体，故Ms、Mf较高，淬火后渗层中残留奥氏体量显著减少。淬火后在150～200℃回火，以消除淬火内应力。
图5-20 渗碳后高温回火+淬火和低温回火示意
对以上合金元素含量高的渗碳钢，除了采用淬火前高温回火的方法，还可采用淬火后冷处理的方式来消除残留奥氏体。
5.回火
渗碳件淬火后尚需进行回火，其回火一般采用低温回火。回火温度通常为150～190℃，以在保持高硬度、高耐磨性的同时，消除部分内应力，并改善磨削性能，降低对磨削裂纹的敏感性。
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