調(diào)質(zhì)鋼的熱處理包括預(yù)備熱處理和最終熱處理。

(1) 預(yù)備熱處理

    預(yù)備熱處理是調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)鍛、軋后, 在冷加工前進(jìn)行的一道熱處理工序。其目的是降低硬度、細(xì)化晶粒、消除不良組織和防止白點(diǎn)產(chǎn)生, 為隨后的調(diào)質(zhì)處理作組織準(zhǔn)備。

    碳鋼與合金含量低的鋼, 預(yù)備熱處理可以采用正火或退火; 合金元素較多、淬透性較好的鋼可采用正火 + 高溫回火或完全退火處理。

應(yīng)該指出, 大型零件一定要經(jīng)過預(yù)備熱處理 ( 正火或退火) , 處理后還要進(jìn)行探傷檢查,確保零件內(nèi)部沒有不允許存在的缺陷 (如白點(diǎn)、裂縫等) , 方可進(jìn)行最終熱處理; 硼鋼的預(yù)備熱處理應(yīng)采用正火 + 高溫回火處理, 在 750℃左右慢冷易產(chǎn)生“硼脆”現(xiàn)象, 故應(yīng)避免采用退火處理。

(2) 最終熱處理

    調(diào)質(zhì)的最終熱處理大多是調(diào)質(zhì)處理, 其目的是要獲得具有良好的綜合力學(xué)性能的回火索氏體 ( 或回火索氏體 + 托氏體) 組織。

1) 調(diào)質(zhì)工藝

①淬火加熱溫度 

    調(diào)質(zhì)鋼的淬火加熱溫度為Ac3+ (30～50℃)。由于調(diào)質(zhì)鋼為亞共析鋼, 如果淬火溫度過低, 淬火組織中將存在未溶解的先共析鐵素體, 使鋼的硬度、強(qiáng)度降低。如果淬火溫度過高, 奧氏體晶粒粗化, 使鋼的性能變壞。錳鋼和硼鋼的過熱傾向較大,淬火加熱時(shí)尤其應(yīng)注意。

②淬火加熱保溫時(shí)間 

    淬火加熱的保溫時(shí)間必須能使足夠的碳化物溶于奧氏體中, 并均勻化。在空氣電阻爐中加熱時(shí), 碳鋼為1～1.2min/mm, 低合金鋼為1.2～1.5 min/mm。在鹽浴爐中加熱時(shí), 碳鋼為0.3～0.5min/mm, 低合金鋼為 0. 5～0.8min/ mm。

③淬火冷卻 

    淬火冷卻是鋼調(diào)質(zhì)處理的關(guān)鍵。淬火冷卻介質(zhì)及冷卻方式應(yīng)根據(jù)鋼的淬透性及零件尺寸合理選擇, 盡可能地使零件淬透。碳鋼一般用水淬或水淬 - 油冷, 低合金鋼用油淬。合金元素較多的調(diào)質(zhì)鋼, 可采用更緩和的淬火介質(zhì)與冷卻方式。對(duì)于大尺寸的合金鋼零件, 可采用水淬 - 油冷的方法以增加淬硬層深度。

④回火 

    回火溫度應(yīng)根據(jù)零件的硬度要求選擇。通常在 500～650℃的范圍內(nèi)進(jìn)行高溫回火,以獲得強(qiáng)度與韌性適中的回火索氏體。常用調(diào)質(zhì)鋼淬火、回火溫度與冷卻方式見表 6—1。

2) 操作要點(diǎn)

①裝爐 

    裝爐時(shí)應(yīng)注意裝爐量和裝爐方式。箱式爐加熱時(shí), 不允許零件堆放, 零件之間的間隔應(yīng)為零件厚度之半, 以便于零件均熱。

②加熱保溫 

    淬火加熱的目的是為了使鋼完全奧氏體化, 并得到晶粒細(xì)小、成分均勻的奧氏體, 為隨后冷卻獲得馬氏體組織作準(zhǔn)備。因此, 合理選擇加熱溫度尤為重要。

    a. 小截面的碳鋼件若用油淬時(shí), 為增加其淬透性, 取上限加熱溫度; 而低合金鋼件若用水淬時(shí), 為防止變形和開裂, 取下限加熱溫度; 對(duì)于淬堿浴的零件應(yīng)比一般加熱溫度高10～20℃, 或采用上限加熱溫度。

    b. 零件的尺寸較大, 選上限加熱溫度, 取下限加熱保溫時(shí)間; 零件尺寸較小, 則選下限加熱溫度, 取上限加熱保溫時(shí)間; 截面變化大、形狀復(fù)雜容易變形的零件應(yīng)取較低的淬火加熱溫度。

    c. 對(duì)于直徑或厚度超過150mm 的大件進(jìn)行調(diào)質(zhì)時(shí), 應(yīng)采用階梯加熱法 (也稱分段加熱法 ) , 如圖6-7所示。裝爐溫度一般應(yīng)不于450℃, 并在裝爐溫度保溫1～3h, 再以30～70℃/ h 升溫至600～650℃保溫一段時(shí)間后, 直接升到加熱溫度。

    d. 合金元素對(duì)調(diào)質(zhì)鋼的加熱有很大影響, 錳鋼應(yīng)注意防止過熱, 含硅鋼應(yīng)注意防止脫碳。錳鋼和含硅的鋼加熱 溫度不宜太高, 加熱時(shí)間不宜過長。

③淬火冷卻 

    淬火冷卻時(shí)必須嚴(yán)格控制冷卻時(shí)間, 使零件盡可能獲得所需的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物-馬氏體, 而且盡量使零件整個(gè)截面上組織均勻。由于零件形狀、材料和產(chǎn)生條件不同, 應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況采用預(yù)冷淬火、雙介質(zhì)淬火、分級(jí)淬火等方法。

④回火 

    為了使調(diào)質(zhì)鋼具有良好的綜合力學(xué)性能, 調(diào)質(zhì)零件通常是在500～650℃范圍內(nèi)進(jìn)行高溫回火。合金鋼的回火溫度比碳鋼高 30～50℃。為避免產(chǎn)生開裂, 大型零件、水淬或水淬油冷零件, 以及其他重要零件均應(yīng)立即回火。為減少大件在回火過程中的內(nèi)外溫差, 降低應(yīng)力, 應(yīng)采用350～400℃裝爐, 保溫2～5 h 再升溫至回火溫度。大件回火后, 可在爐中冷至400～500℃左右再出爐空冷。對(duì)于具有第二類回火脆性的鋼出爐后應(yīng)快冷 (油冷或水冷) , 然后再在不引起回火脆性的溫度 (< 450℃) 下進(jìn)行補(bǔ)充回火, 以消除殘余應(yīng)力。