服務(wù)熱線：可調(diào)縮孔合金耐磨芯板淬火工藝詳解
2018年11月27日
滄州五森管道有限公司
將可調(diào)縮孔芯板材料加熱到AC1或AC3以上30℃~50℃溫度，保溫后快冷的工藝過程叫淬火。
與正火相比，淬火的冷卻速度 快，結(jié)晶時的過冷度 大，因此導(dǎo)致大量的過冷奧氏體轉(zhuǎn)移到較低的溫度下進(jìn)行轉(zhuǎn)變。從第三章的 節(jié)中已經(jīng)知道，此時可調(diào)縮孔芯板得到的組織主要是馬氏體組織，它的存在導(dǎo)致材料的強度和硬度大幅度上升，而塑性和韌性則大幅度下降。馬氏體組織是一個不穩(wěn)定組織，它會通過常溫時效而使材料尺寸和形狀發(fā)生變化，也會導(dǎo)致材料的耐蝕性下降，故對于流體輸送用的管子及其元件來說，不希望其 終組織為馬氏體組織。這種情況下，淬火往往是作為預(yù)處理，隨后進(jìn)行高溫回火處理，可以獲得優(yōu)良的綜合機械性能，因為淬火過程過冷度較大，結(jié)晶形核數(shù)量較多但又沒有充裕的時間長大，因此得到的晶粒較細(xì)，再加上回火后馬氏體轉(zhuǎn)變成了性能較好的索氏體或屈氏體，故使得材料的綜合性能優(yōu)于退火和正火。人們習(xí)慣上把淬火+回火的熱處理方法叫調(diào)質(zhì)熱處理。但對于可調(diào)縮孔芯板要求耐磨的材料，馬氏體組織可以作為 終組織。
工程上，可調(diào)縮孔芯板淬火的目的主要有以下幾方面：
a、提高材料的硬度和耐磨性。例如閥桿和閥板的熱處理;
b、淬火+低溫回火，可提高材料的彈性。如彈簧的熱處理即如此;
c、淬火+高溫回火，可獲得優(yōu)良的綜合機械性能。
淬火熱處理在工程上是一個比較難以控制的熱處理過程，如果控制不好，反而會導(dǎo)致材料的性能變壞，這也是它在石化管道上可調(diào)縮孔芯板應(yīng)用不多的主要原因。ASTM材料規(guī)范規(guī)定，當(dāng)制造商同意時，才采用淬火+高溫回火熱處理，而對于用戶無 殊要求時，一般都是采用正火或正火+回火以代替淬火+回火熱處理。
影響可調(diào)縮孔芯板淬火熱處理效果的因素主要有以下幾方面：
1、加熱參數(shù)的影響
加熱參數(shù)包括加熱溫度、加熱速度和加熱保溫時間。
加熱溫度太高時，將得到粗片狀馬氏體組織，同時引起可調(diào)縮孔芯板較嚴(yán)重的變形，甚至引起產(chǎn)品的淬火開裂。加熱溫度太低時，可得到非馬氏體組織，從而降低材料的硬度、耐磨性和調(diào)質(zhì)效果。
加熱速度太快時，會造成較大的溫度梯度，從而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，對形狀復(fù)雜的可調(diào)縮孔芯板，這些應(yīng)力會導(dǎo)致產(chǎn)品的變形和開裂。當(dāng)然，對于正火和退火，過大的加熱速度也會導(dǎo)致這樣的結(jié)果。如果加熱速度太慢，雖然對淬火組織影響不大，但卻增加了熱處理時間，也增加了熱處理成本。
加熱保溫時間太長時，產(chǎn)生的影響同加熱溫度較高時相同。如果加熱保溫時間較短，奧氏體轉(zhuǎn)化不完全，將導(dǎo)致淬火后的組織中出現(xiàn)非馬氏體組織。
2、冷卻速度及冷卻介質(zhì)的影響
前文提到的淬火控制難度大主要是指其冷卻速度控制難度大，這是因為，淬火后要想得到馬氏體組織，必須要有足夠快的冷卻速度，使其轉(zhuǎn)變溫度迅速跨過珠光體類和貝氏體類轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，而使大量的過冷奧氏體在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度下進(jìn)行轉(zhuǎn)變。然而，冷卻速度過快，會造成可調(diào)縮孔芯板較大的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的變形和開裂，而此時的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力遠(yuǎn)大于加熱時的應(yīng)力值(因加熱升溫速度遠(yuǎn)小于冷卻降溫速度)，故冷卻時開裂和變形的可能性 大。如何處理這個矛盾是 棘手的事情。事實上，要想得到淬火馬氏體組織，并不需要整個冷卻過程的冷卻速度都很快，而只要在珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間快速冷卻即可。在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，冷卻速度應(yīng)控制在較小值，以利于過冷奧氏體的充分轉(zhuǎn)變，否則會殘留部分過冷奧氏體在組織中，從而降低材料的硬度。可調(diào)縮孔芯板冷卻速度放慢，還有利于減小熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。所以理想的淬火冷卻速度是一個變化的冷卻速度，但能達(dá)到這一要求的冷卻介質(zhì)卻很難找到。
目前，常用的淬火冷卻介質(zhì)有水、鹽水和油。
采用鹽水作冷卻介質(zhì)時，由于鹽水中的氯化鈉晶體在產(chǎn)品表面的析出和爆裂，有效地破壞了可調(diào)縮孔芯板表面的蒸汽膜，故其冷卻速度比清水快，因此它常用于淬硬性不強、形狀簡單的產(chǎn)品。
油的導(dǎo)熱率與水相比比較低，故材料在油品中的冷卻速度也比較低，大約是在水中冷卻速度的四分之一，因此油品作為淬火冷卻介質(zhì)時，常用于淬硬性較強的材料。
3、材料淬透性的影響
所謂金屬材料的淬透性，是指它淬火后獲得馬氏體層深度的能力。它與淬硬性不同，后者是指淬火后獲得馬氏體 硬度的能力。
可想而知，對于一個厚度較大的金屬產(chǎn)品，當(dāng)冷卻時，由于可調(diào)縮孔芯板表面與芯部存在溫度梯度的原因，可能會使芯部得不到足夠的冷卻速度而形不成馬氏體組織。在隨后的回火過程中，其表面和芯部的組織也 不一樣，從而導(dǎo)致材料機械性能的下降。
除了冷卻速度對材料的淬透性有影響外，化學(xué)成分則是影響淬透性的主要因素。材料的含碳量越高，產(chǎn)生馬氏體的傾向越大，故可調(diào)縮孔芯板材料的淬透性越大。試驗證明，大多數(shù)合金元素如Mn、Mo、Cr、Al、Si、Ni等都能 提高材料的淬透性和淬硬性，這些合金元素含量較高的高合金鋼，有強烈地馬氏體轉(zhuǎn)變能力，有的甚至在正火過程中 可產(chǎn)生馬氏體組織。
值得一提的是，奧氏體不銹鋼的固溶熱處理從方式上說基本上屬于淬火熱處理，但它又不同于一般的淬火熱處理。因為奧氏體不銹鋼常溫組織 是奧氏體組織(它是通過加入大量的鉻和鎳元素使其奧氏體相區(qū)(γ相區(qū))擴(kuò)大到常溫范圍內(nèi))，故它不存在淬硬的問題。此時的固溶處理實質(zhì)上是將可調(diào)縮孔芯板材料加熱到一定的溫度(一般為1050℃~1150℃)，并保溫一定的時間，使過剩的碳原子充分固溶到高溫奧氏體中，然后進(jìn)行急冷，使碳原子來不及在冷卻時再次從奧氏體中析出(高溫奧氏體與常溫奧氏體的溶碳能力不同)，從而得到過飽和的奧氏體固溶組織。固溶熱處理的目的主要是防止過剩的碳在晶界上析出，從而導(dǎo)致可調(diào)縮孔芯板奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕敏化。
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