训练1 看懂基本的钢铁热处理状态金相图谱1. 看懂GCr15轴承钢球化退火淬火状态金相图谱
球化退火组织说明:球粒状珠光体。通过正常球化退火工艺,促使碳化物呈均匀的球粒状分布在铁素体上,从而降低了硬度,改善了GiCr15轴承钢的切削加工性能,并且淬火时不易造成过热现象。
CiCr15轴承钢主要用于制造滚动轴承的滚动体和套圈。由于轴承应具备长寿命、高精度、低发热量、高速度、高刚性、低噪声、高耐磨性等特性,因此要求GiCr15轴承钢应具备均匀的高硬度、高的弹性极限、高的接触疲劳强度、必需的韧性、一定的淬透性、在大气的润滑剂中耐蚀性好。GCr15轴承钢的化学成分见表1-8。
表1-8 GCr15轴承钢的化学成分
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化学成分 |
C |
Mn |
Si |
Cr |
S |
P |
Ni |
Cu |
质量分数 (%) |
0.95~1.05 |
0.2~0.45 |
0.15~0.35 |
1.40~1.65 |
≤0.025 |
≤0.025 |
≤0.30 |
≤0.25 |
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为了达到上述性能要求,对GCr15轴承钢的化学成分均匀性、非金属夹杂物含量和类型、碳化物粒度和分布、脱碳层等应要求严格。
如何获得球化组织是GCr15轴承钢生产中的重要问题,高碳铬轴承钢的球化退火是为了获得铁素体基体上均匀分布着细、小、匀、圆的碳化物颗粒的组织,为以后的切削加工及最终的淬火、回火作组织准备。
GCr15轴承钢等温球化退火工艺为:790℃加热,保温时间根据装炉量确定,一般为2~6h,然后冷却到710℃,再保温3~4h,冷却速度控制在10~30℃/h,最后冷却到650℃以下出炉空冷。球化退火后的硬度可以达到180~207HBW(压痕直径为4.5~4.2mm)。
球化退火金相组织的判读(见图1-12和图1-13,均为体积分数为2%的硝酸酒精腐蚀,放大500倍):1级为欠热组织,从图中可见到点状+细片状的珠光体;2~4级为合格;5级、6级为过热组织,5级就出现了不均匀的碳化物组织—粒状+粗片状珠光体,到了6级这种倾向更加严重。
淬火金相组织判读(见图1-14,在淬火后的试样上进行,经体积分数为4%的硝酸酒精深腐蚀,放大500倍):碳化物级别2.5级以下为合格,在2.5级以下时碳化物呈断续网状;超过2.5级时碳化物网状就很明显了。
2. 看懂40Cr钢淬火状态金相图谱
组织说明:板条马氏体及针状马氏体,为典型中碳马氏体。随着淬火温度的升高,以针状马氏体为主向板条马氏体过渡。40Cr钢化学成分见表1-9。
表1-9 40Cr钢化学成分
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化学元素 |
C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Cu |
质量分数(%) |
0.42 |
0.68 |
0.16 |
0.93 |
0.07 |
≤0.25 |
图1-15为800℃加热淬火的40Cr钢组织,其基体为细小短针状马氏体,此时铁素体已经全部溶解,但因淬火温度不高,奥氏体合金化及均匀化还来不及完成,淬火后的组织虽然细小,但综合力学性能稍差。
图1-16为860℃加热油冷淬火的40Cr钢中等针状马氏体组织。这是40Cr钢的典型淬火组织,淬火加热温度适当,奥氏体合金化充分,经回火后能较好地发挥材料的潜在性能。
图1-17为920℃加热油冷淬火的40Cr。钢粗大板条状马氏体组织。由于淬火温度偏高,致使奥氏体晶粒长大,淬火后得到粗大的板条马氏体组织。
3. 20CrMnTi钢渗碳后淬火状态金相图谱
图1-18为20CrMnTi的渗碳淬火组织,4%硝酸酒精预腐蚀,化学染色(硫代硫酸钠240g,氯化镉24g,柠檬酸30g,蒸馏水1000mL),目测为蓝紫色。
组织说明:由左至右从表面到心部渗碳层淬火组织,依次为:细小针状马氏体+少量残留奥氏体+细小颗粒状碳化物—高碳马氏体+残留奥氏体—逐步过渡到低碳马氏体。
处理方式:930℃滴注式(甲醇+甲苯)渗碳6h,850℃降温淬火。渗碳层表面的白色块状相为渗碳体,蓝色针为高中碳马氏体,基体棕黄色的相为残留奥氏体,其含量自左向右逐渐减少。
训练2 45钢柴油机连杆锻造余热淬火1. 1.技术条件及技术要求
45钢柴油机连杆如图1-19所示,要求有良好的综合力学性能,即不但要求有较高的抗拉、抗压、弯曲强度和疲劳强度,而且要求有足够的刚性和韧性,故热处理要求为调质,硬度为30~38HRC。
2.利用锻造余热进行淬火的目的和意义
利用锻造余热淬火可以简化工艺、节约能源,并可提高钢的工艺性能和力学性能。45钢和40Cr钢制造的连杆采用这种工艺处理后的力学性能与常规淬火相比的结果见表1-10。所以,通常中碳结构钢锻件可采用此法进行淬火。
表1-10经不同工艺处理后的45钢和40Cr钢连杆的力学性能比较
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钢号 | 热处理工艺 | σb/MPa | ψ(%) | δ(%) | aK/(J/cm2) | 硬度HBW |
45 | 1180℃锻造余热淬火→600℃回火 | 914 | 58.2 | 19.3 | 123 | 246 |
850℃淬火→550℃回火 | 877 | 57.4 | 18.2 | 121 | 235 |
40Cr | 1160℃锻造余热淬火→660℃回火 | 856 | 66.1 | 19.5 | 166 | 256 |
850℃淬火→610℃回火 | 799 | 65.6 | 20.6 | 163 | 252 |
1.利用锻造余热进行淬火的工艺方法
中碳结构钢的锻造加热温度以1100~1220℃为宜,终锻温度即利用余热进行淬火的温度,一般为900~1050℃,采用60~110℃的热油淬火,淬火后应及时进行回火,以避免放置时间过长而引起开裂。
2.热处理质量检验
1)检查硬度前连杆需经吹砂处理,压力为不大于20kPa以去除工件表面的氧化皮。
2)按10%检查工件的硬度应为30~38HRC;按100%检查工件表面不应有裂纹。