鋼的淬火

更新時間：2024-06-28 點擊次數：1040次

   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，研究指出，4340鋼（相當于40CrNiMoA鋼）采用高溫（1200℃）淬火（油冷）后與正常溫度（870℃）淬火相比，其斷裂韌性可提高約70%。其原因是超高溫淬火后得到的幾乎都是板條狀馬氏體，而且在馬氏體板條周圍有1×10^-5~2×10^-5mm厚的殘余奧氏體薄膜存在，這種薄膜很穩定，即使冷至液氧溫度（-183℃）也不轉變，它對高的局部應力集中不敏感，不易產生裂紋，故能提高斷裂韌性。此外，高的奧氏體化溫度可以使合金碳化物完全溶解，并且也抑制了脆性元素沿晶界的析出，因而也對改善斷裂韌性產生有利影響。但是超高溫淬火后往往得到粗大的晶粒，其沖擊韌性值較低。因此，這種工藝尚有待于進一步研究。

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。高碳鋼采用快速加熱至略高于A_c1的溫度、短時保溫淬火，可以實現上述要求。這是因為低溫短時加熱時可以得到較細的晶粒，而且奧氏體的碳含量較低，使M_s點較高，故淬火后可得到以板條馬氏體為主加細小碳化物的組織。這是保證其具有較高強韌性的原因。但是，為了使低溫短時加熱淬火取得好的強韌化效果，對淬火前的原始組織有一定的要求，即其碳化物應盡量細小。

應當指出，上述工藝只適用于碳質量分數高于0.5%的鋼，對碳含量低于此限的鋼，強韌化效果則不明顯。

   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；同時由于貝氏體的比容比奧氏體大，產生了一定的機械穩定化作用，這也不利于貝氏體轉變的繼續進行。至于轉變不完全性隨溫度升高而愈加顯著的原因，可能主要與溫度較高時使奧氏體與貝氏體間的自由能差減小，從而使相變驅動力減小有關。同時也應考慮到，轉變溫度愈高，將愈有利于碳原子的擴散而形成更多的柯氏氣團，從而增強未轉變奧氏體熱穩定化傾向的作用。但應指出，當鋼的B_f點低于Ms點，亦即在Ms點以下仍可發生貝氏體轉變時，隨等溫溫度降低，貝氏體的轉變量則愈來愈少。顯然，這是由于在Ms點以下大量馬氏體的形成所引起的機械穩定化作用的結果。