热处理技术:调质处理
调质处理是一种热处理方法,具体指淬火后进行高温回火的过程。此过程将钢的性能和材质调整至理想状态,使其强度、塑性和韧性达到均衡,展现出良好的综合机械性能。高温回火通常在500-650℃的温度范围内进行。
经过调质处理后,钢内部结构会转变为回火索氏体。回火索氏体是马氏体在回火过程中形成的复合,只有在光学金相显微镜下放大500~600倍以上才能分辨出来。它是铁素体基体内分布着碳化物球粒的构造。
调质处理主要应用于碳素调质钢和合金调质钢。这两种钢的含碳量控制得相当严格。含碳量过高会导致工件强度虽高但韧性不足,而含碳量过低则会使韧性提高但强度不够。为了获得良好的综合性能,一般将含碳量控制在0.30~0.50%的范围内。
在调质淬火过程中,要求工件整个截面都能完全淬透,从而获得以细针状淬火马氏体为主的显微。随后通过高温回火,使工件以均匀的回火索氏体为主。虽然小型工厂通常只进行硬度测试而非金相分析,但淬火后的硬度必须达到该材料的淬火硬度要求,回火后的硬度则需按照工艺要求进行检查。
关于45钢的调质
45钢的淬火温度设定在A3+(30~50)℃之间,实际操作中多趋向于取上限温度。较高的淬火温度能够加快工件的加热速度,减少表面氧化,并提高工作效率。为了使奥氏体均匀化,需要足够的保温时间。若装炉量大,则应适当延长保温时间,以防止因加热不均造成硬度不足。
鉴于45钢的淬透性较低,应采用冷却速度较快的10%盐水溶液进行冷却。工件入水后应确保完全淬透,但并非冷透。冷透可能导致工件在180℃左右时因奥氏体迅速转变为马氏体而产生过大的应力,导致工件开裂。当工件接近此温度时,应采取缓冷措施。出水温度的控制需依赖经验,通常在水中的工件抖动停止时即可出水空冷(油冷更佳)。工件入水时应保持动态,避免静态冷却导致的硬度不均和应力不均。
45钢调质件淬火后的硬度应达到HRC56~59范围,大截面工件可能会稍低,但不得低于HRC48,否则表示工件未完全淬透,可能存在索氏体甚至铁素体。这些在回火后仍会残留在基体中,无法达到调质的目的。
对于45钢的高温回火,加热温度通常设定在560~600℃之间,回火后的硬度要求在HRC22~34范围内。调质的目的是获得综合机械性能,因此硬度范围较宽。但若图纸有特定硬度要求,则需根据图纸调整回火温度以保证硬度。不同用途的工件,如轴类(强度要求高)和需进行后续加工的齿轮等(硬度要求较低),其硬度要求也有所不同。
关于回火保温时间,主要视硬度要求和工件大小而定。回火后的硬度主要取决于回火温度,与回火时间关系不大,但必须确保回透。通常工件的回火保温时间不少于一小时。