淬火新工藝

奧氏體晶粒的超細化處理

一般把使鋼的晶粒度細化到10級以上的處理方法稱為“晶粒超細化”處理。經超細化處理后淬火，可使鋼獲得高的規定非比例伸長應力σp0.2、韌性和低的韌脆轉化溫度。

1 超快速加熱法

主要是靠采用具有超快速加熱的能源來實現的。如大功率電脈沖感應加熱、電子束加熱和激光加熱等皆屬此類。

2 快速循環加熱淬火法

如圖1所示，首先將零件快速加熱到A_c3以上，經短時間保溫后迅速冷卻，如此循環多次。由于每加熱一次，奧氏體晶體就被細化一次，所以經過4次循環后，便使45鋼的晶粒度從6級細化到12級。

圖1 45鋼采用快速循環加熱淬火法的工藝過程

3 形變熱處理法

如圖2所示。其過程是先將鋼加熱至略高于A_c3的溫度，使之奧氏體化，隨后進行熱軋，使奧氏體發生強烈的形變，接著再等溫保持適當時間，使形變奧氏體發生起始再結晶，并于晶粒尚未開始長大之前進行淬火。

圖2 獲得超細晶粒的形變熱處理法工藝過程

碳化物的超細化處理

目前，生產中除了奧氏體晶粒超細化處理外，高碳鋼中碳化物的超細化處理也同樣受到普遍重視。這是因為碳化物的尺寸、形態、分布和數量對鋼的力學性能（如韌性、疲勞強度、硬度和耐磨性等）有著顯著影響。

1 高溫固化淬火+高溫回火（即高溫調質處理）

高溫固溶化后采取淬火，不僅可以抑制先共析碳化物的析出，而且淬火得到的馬氏體+殘余奧氏體組織經高溫回火后，可得到球狀的碳化物，并呈均勻彌散的分布。

2 高溫固溶等溫處理

有研究提出，先于1040 ℃加熱30 min進行高溫固溶化，繼之于625 ℃或425 ℃下進行等溫處理，這樣可得到片狀珠光（625 ℃等溫）或貝氏體（425 ℃等溫）組織，最后再按通常工藝進行淬火、回火。

控制馬氏體、貝氏體組織形態及其組成的淬火

1 中碳合金鋼的超高溫淬火

中碳合金鋼經正常溫度淬火后，一般得到片狀馬氏體與板條狀馬氏體的混合組織。片狀馬氏體的存在對鋼的斷裂韌性不利。提高中碳合金鋼的淬火溫度，有利于在淬火后得到較多的板條狀馬氏體。

2 高碳鋼的低溫短時加熱淬火

高碳鋼在采用普通淬火工藝時，往往得到片狀馬氏體組織，此時具有較高的脆性。但如適當控制淬火加熱時奧氏體的碳含量，也可使淬火后得到以板條狀馬氏體為主的組織，使鋼在保持高硬度的同時，還具有良好的韌性。

3 連續冷卻時的冷卻速率獲得復合組織的淬火

一般貝氏體轉變總是優先在貧碳區開始的，隨著貝氏體轉變量的增加，由于碳不斷向奧氏體中擴散，使未轉變奧氏體中的碳含量愈來愈高，從而增加了奧氏體的化學穩定性而使之難于轉變。

使鋼中保留適當數量塑性第二相的淬火

1 亞共析鋼的亞溫淬火（α+γ兩相區淬火）

亞溫淬火對處理前的原始組織有一基本要求，即不應有大塊狀的自由鐵素體存在。因此在亞溫淬火前往往需進行正常淬火或調質（有時也可正火），使之得到如馬氏體、貝氏體、回火索氏體、索氏體之類的組織。

（1）亞溫淬火的加熱溫度處于α+γ兩相區內，由于溫度較低，加之鋼中尚存在的細小彌散分布的難溶碳、氮化物質點對奧氏體晶粒長大的阻礙作用，使此時的奧氏體晶粒十分細小。

（2）鋼中所含各種元素可分為擴大γ區元素（如碳、錳、鎳、氮等）和縮小γ區元素（如磷、銻、錫、硅等）兩大類。圖3表示兩類二元鐵基合金的相圖。

圖3 二元鐵基合金相圖

(a)擴大γ區元素（b）縮小γ區元素

（3）對含有鋁、鈮、釩、欽等元素的鋼來說，在亞溫區加熱時，會有微量的細小彌散碳化物、氮化物存在，在淬火后進行回火時，它們可作為碳化物在晶內析出的晶核，從而減少了碳化物的沿晶析出，這對改善鋼的韌性十分有益。

2 控制殘余奧氏體形態、數量和穩定性的熱處理

通過調整淬火加熱溫度、冷卻規范（包括等溫處理的溫度和時間）以及回火工藝等可以在很大程度上控制殘余奧氏體的形態、分布、數量和穩定性。

圖4 殘余奧氏體量對GCr15鋼接觸疲勞壽命的影響

（來源：材易通）

軸研所公眾號軸承雜志社公眾號