钢的淬火

更新时间：2024-06-28 点击次数：264次

   中碳合金钢经正常温度淬火后，一般得到片状马氏体与板条状马氏体的混合组织。片状马氏体的存在对钢的断裂韧性不利。提高中碳合金钢的淬火温度，有利于在淬火后得到较多的板条状马氏体，研究指出，4340钢（相当于40CrNiMoA钢）采用高温（1200℃）淬火（油冷）后与正常温度（870℃）淬火相比，其断裂韧性可提高约70%。其原因是超高温淬火后得到的几乎都是板条状马氏体，而且在马氏体板条周围有1×10^-5~2×10^-5mm厚的残余奥氏体薄膜存在，这种薄膜很稳定，即使冷至液氧温度（-183℃）也不转变，它对高的局部应力集中不敏感，不易产生裂纹，故能提高断裂韧性。此外，高的奥氏体化温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，因而也对改善断裂韧性产生有利影响。但是超高温淬火后往往得到粗大的晶粒，其冲击韧性值较低。因此，这种工艺尚有待于进一步研究。

高碳钢在采用普通淬火工艺时，往往得到片状马氏体组织，此时具有较高的脆性。但如适当控制淬火加热时奥氏体的碳含量，也可使淬火后得到以板条状马氏体为主的组织，使钢在保持高硬度的同时，还具有良好的韧性。高碳钢采用快速加热至略高于A_c1的温度、短时保温淬火，可以实现上述要求。这是因为低温短时加热时可以得到较细的晶粒，而且奥氏体的碳含量较低，使M_s点较高，故淬火后可得到以板条马氏体为主加细小碳化物的组织。这是保证其具有较高强韧性的原因。但是，为了使低温短时加热淬火取得好的强韧化效果，对淬火前的原始组织有一定的要求，即其碳化物应尽量细小。

应当指出，上述工艺只适用于碳质量分数高于0.5%的钢，对碳含量低于此限的钢，强韧化效果则不明显。

   一般贝氏体转变总是优先在贫碳区开始的，随着贝氏体转变量的增加，由于碳不断向奥氏体中扩散，使未转变奥氏体中的碳含量愈来愈高，从而增加了奥氏体的化学稳定性而使之难于转变；同时由于贝氏体的比容比奥氏体大，产生了一定的机械稳定化作用，这也不利于贝氏体转变的继续进行。至于转变不完全性随温度升高而愈加显著的原因，可能主要与温度较高时使奥氏体与贝氏体间的自由能差减小，从而使相变驱动力减小有关。同时也应考虑到，转变温度愈高，将愈有利于碳原子的扩散而形成更多的柯氏气团，从而增强未转变奥氏体热稳定化倾向的作用。但应指出，当钢的B_f点低于Ms点，亦即在Ms点以下仍可发生贝氏体转变时，随等温温度降低，贝氏体的转变量则愈来愈少。显然，这是由于在Ms点以下大量马氏体的形成所引起的机械稳定化作用的结果。