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好品質(zhì)·鼎言造?
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真空回火-不銹鋼熱處理
來源:
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作者:鼎言熱處理
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發(fā)布時間: 2019-11-17
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(1)真空回火作用真空淬火后的零件有的采用低溫井式爐、硝鹽爐、油爐等進行低溫或高溫回火,這樣則失去了真空淬火的優(yōu)越性,因此部分零件為了將真空淬火后的優(yōu)勢(不氧化、不脫碳、表面光澤、無腐蝕污染等)保持下來,尤其是不再加工的多次高溫回火的精密零件更是如此
高速鋼W6Mo5Cr4V2和SKH55鋼制的中8mm×130mm的試樣進行1210℃高溫淬火與560℃三次真空高溫回火后,與同工藝參數(shù)的鹽浴淬火、回火的硬度水平相當(dāng),但真空回火后的靜彎曲破斷功(破斷載荷與形變量乘積)卻明顯提高了,具體如表2-20所示。
對于批量生產(chǎn)的工件,在高溫回火后對還需要進行磨削加工的高速鋼而言,采用普通的回火方式對于產(chǎn)品質(zhì)量無任何影響,此時可節(jié)省大量的高純氮氣,降低了熱處理成本,對于只進行低溫回火的產(chǎn)品,真空回火與常規(guī)回火在質(zhì)量上無多少差別,從經(jīng)濟角度出發(fā),應(yīng)優(yōu)先采用普通回火方式。
進行真空回火操作時,需要將淬火后(油淬火)的工件清洗干凈后均勻擺放在回火料架上,抽真空到1.3Pa后,再回充氮氣至5.32×104~9.31×104Pa,在循環(huán)風(fēng)扇驅(qū)動的氣流中將工件加熱至設(shè)定溫度,經(jīng)充分保溫后進行強制冷卻風(fēng)冷。具體工藝曲線見圖27,一種是在真空回火爐內(nèi)或真空淬火爐充氮氣進行回火,一種是在1.3Pa下進行回火,需要注意的是,要確保零件的回火充分,必須延長零件的回火時間(為空氣爐的2~3倍)。
在工模具進行二次、三次回火時,有時可與560~570℃的軟氮化、離子滲氮工藝處理結(jié)合起來,可使工件表面形成幾微米到十幾微米的氮碳化合物層,賦予表面具有高的抗蝕能力、高的硬度和高的耐磨性,鋁擠壓模在真空淬火后進行軟氮化回火,則比常規(guī)工藝淬火及小歌律
鹽浴軟氮化處理的壽命提高3倍。
(2)真空回火的光亮度真空淬火后工件在進行真空回火時,回火光亮度是一個主要的技術(shù)指標(biāo),而回火光亮度不穩(wěn)定甚至低下,乃是真空回火技術(shù)研究的關(guān)鍵與重點,資料表明,鋼在真空退火時,其真空度和加熱溫度對工件處理后的光亮度影響很大,真空回火處理的影響和趨勢與真空退火大致相同
傳統(tǒng)的觀點是真空熱處理是一種中性氣氛,美國金屬學(xué)會和真空學(xué)會委員、 SoudertonVFS的總裁 William r. Jones對于這一現(xiàn)象進行了一項研究,具體試驗結(jié)果如圖2-8和圖2-9所示。
圖28表明真空爐在抽真空15min冷態(tài)時的殘留氣體光譜分析,從這幅典型的殘留氣體光譜可以看出,峰值14、峰值28是氮氣,峰值32是氧氣,然而更重要的峰是16、17和18,系水蒸氣的表征,說明在工業(yè)電爐中,水蒸氣在殘留氣體中始終占有支配地位。圖29則表明在真空爐中連續(xù)抽空4h后的結(jié)果,真空壓力從約10-2Pa范圍降至10-4Pa范圍,空氣的殘留氣體光譜(RGA)大為降低,峰32氧氣的光譜接近于消失,但水蒸氣峰17和18仍然保持優(yōu)勢的比例較大,研究表明,這一狀態(tài)從室溫持續(xù)到約650℃,高于650℃水蒸氣開始分解,出現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng),故認(rèn)為在低于650℃范圍,真空爐呈微氧化氣氛(或微氧化狀態(tài)),這一點得到了證明,也解釋了從室溫到650℃溫度范圍正好是真空回火處理的工作區(qū)域,在通常的真空回火后工件表面光亮度灰暗或不穩(wěn)定的原因。
根據(jù)以上的理論分析,結(jié)合真空熱處理的實際,就對提高真空回火的光亮度采取如下措施
①提高工件的真空度。將真空回火的真空度從1~10Pa提高到1.3×102Pa,目的是減少真空爐中氧的含量,消除氧氣對于工件氧化的影響
②充氮氣中加入10%的氫氣,使循環(huán)加熱與冷卻的氣流的混合氣體呈還原性氣氛,使?fàn)t內(nèi)的氧化性氣氛與氫氣中和,形成弱還原性氣氛。
③減少真空爐隔熱屏吸收與排放水汽的影響。隔熱屏吸氣、排氣造成真空回火光亮度不高是長期困擾真空熱處理技術(shù)人員的問題之一,可通過采用全金屬隔熱屏設(shè)計,或采用外層為石墨氈,里面4層為金屬隔熱屏結(jié)構(gòu),以排除耐火纖維隔熱屏吸水性大的弊端。高
④快速冷卻,使工件出爐溫度低,提高回火光亮度
⑤提高溫度的均勻性,有利于回火光亮度的一致。實踐表明,采用以上措施后,真空回火后的工件的表面光亮度可達真空淬火后的90%
(3)真空回火脆性與防止鋼的回火目的是降低脆性、提高韌性,達到要求的力學(xué)性能,但對于某些鋼而言在200350℃之間以及450~650℃之間出現(xiàn)兩個低谷,在這兩個范圍內(nèi)回火后雖然硬度有所下降,但沖擊韌度并未升高,反而顯著下降(見圖2-10),分別稱為第一類回火脆性與第二類回火脆性
由于回火脆性的原因,使可供選擇的回火溫度受到了限制,給調(diào)整力學(xué)性能帶來了一定的困難,經(jīng)過近80年的研究,盡管關(guān)于回火脆性的形成機理尚未形成理論,目前幾種說法并存,相互補充,但人們找到防止回火脆性的一些方法和若干措施。
①第一類回火脆性
a.第一類回火脆性的產(chǎn)生原因鋼在200~350℃進行回火出現(xiàn)的回火脆性稱為第一類回火脆性又稱低溫回火脆性,對于出現(xiàn)回火脆性的鋼再加熱到更高溫度回火,則可將脆性消除,使沖擊韌度重新升高,此時若在200~350℃范圍內(nèi)回火則不再產(chǎn)生這種脆性?？梢姷陬惢鼗鸫嘈允遣豢赡娴?。
幾乎所有的鋼均存在第一類回火脆性,影響第一類回火脆性的因素主要是化學(xué)成分,可以將鋼中的元素按其作用分為三類
有害雜質(zhì)元素。其中包括S、P、As、Sn、Sb、Cu、N、H、O等,鋼中存在這些元素將導(dǎo)致出現(xiàn)第一類回火脆性的產(chǎn)生
促進第一類回火脆性的元素。屬于這一類的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、V、C等這些元素的存在促進了第一類回火脆性的發(fā)展,部分合金元素如Cr、Si等還能將回火脆性的溫度提高
減弱第一類回火脆性的元素。屬于此類的合金元素有Mo、W、Ti、Al等,鋼中含有這類元素時,第一類回火脆性被減弱。除了化學(xué)成分影響第一類回火脆性外,還與奧氏體晶粒的大小以及殘余奧氏體數(shù)量的多少有關(guān),奧氏體晶粒越細(xì),則第一類回火脆性愈弱;殘余奧氏體愈多則愈嚴(yán)重
文獻指出1,2,在淬火后約300℃回火時出現(xiàn)的脆性稱為藍(lán)脆如圖2-10所示,一般而言,對于含有碳化物形成元素如鉻的鋼要避免在200~370℃之間進行回火
b.防止第一類回火脆性的方法根據(jù)前面提到的影響第一類回火脆性的原因,應(yīng)采取以下措施來減輕其回火脆性:游
降低鋼中雜質(zhì)元素的含量;用A1脫氧或加入Nb、V、Ti等元素細(xì)化奧氏體晶粒;加入Mo、W等減輕第一類回火脆性的合金元素;加入Cr、Si以調(diào)整第一類回火脆性的溫度范圍,使之避開所需的回火溫度;采用等溫淬火代替淬火+高溫回火等。
②第二類回火脆性
a.第二類回火脆性產(chǎn)生原因鋼在450~650℃范圍回火后出現(xiàn)的脆性稱為第二類回火脆性也稱為髙溫回火脆性,第二類回火脆性使室溫沖擊韌度顯著下降,出現(xiàn)第二類回火脆性的材料與中碳合金鋼、部分耐熱鋼等有關(guān),尤其是大截面用鋼有關(guān)第二類回火脆性的重要特征之一是除了在450~650之間回火會引起脆性外,在較高溫度回火后緩慢冷卻通過450~650℃的脆性發(fā)展區(qū)也會引起脆化,即所謂的緩冷脆化。如高溫回火后快冷通過脆性發(fā)展區(qū)則不會引起脆化,見圖2-11
第二類回火脆性的重要特征之二是在脆化后(包括緩冷脆化及部分等溫脆化),如再加熱到650℃以上,然后快冷至室溫,則可消除脆化。在脆性消除后還可再次發(fā)生脆化(包括緩冷脆化及部分等溫脆化),這表明第二類回火脆性是可逆轉(zhuǎn)的,故稱為可逆回火脆性。組織因素,下面分別介紹
影響第二類回火脆性的因素有化學(xué)成分、熱處理工藝參數(shù)和如下
化學(xué)成分的影響。按作用的不同可將存在于鋼中的元素分為三類:雜質(zhì)元素的影響,屬于該類的元素有P、Sn、Sb、As、B、S等,第二類回火脆性是由這些雜質(zhì)元素引起的。但當(dāng)鋼中不含有Ni、Cr、Mn、Si等合金元素時,雜質(zhì)元素的存在不會引起第二類回火脆性,文獻指出“真空預(yù)可控氣氛熱處理”雜質(zhì)元素的作用與鋼種的成分有關(guān)。促進第二類回火脆Si、C等,這類元素單獨存在也
性的合金元素的影響,屬于這一類的元素有N、Cr、Mn不會引起第二類回火脆性,必須與雜質(zhì)元素同時存在時才會引起第二類回火脆性,當(dāng)雜質(zhì)元素含量一定,這類元素的含量愈高,脆化愈嚴(yán)重。扼制第二類回火脆性的元素,屬于這類的元素有Mo、W、V、Ti等,這些元素的加入量有一最佳值,另外稀土元素La、Nb、Pr等也能扼制第二類回火脆性
熱處理工藝參數(shù)的影響。在450~650℃溫度范圍內(nèi)回火時,引起第二類回火脆性的脆化程度與回火溫度及時間密切相關(guān)。緩冷脆化不僅與回火溫度與時間有關(guān),更主要的是與回火后的冷卻速度有關(guān),冷速的影響同樣也反應(yīng)了脆化過程的擴散過程,這里不再贅述。
組織因素的影響。與第一類回火脆性不同,不論鋼具有何種原始組織均有第二類回火脆性,但以馬氏體的回火脆性最嚴(yán)重,貝氏體次之,珠光體最輕。這表明第二類回火脆性主要不是由于馬氏體的分解及殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變引起的。第二類回火脆性還與奧氏體的晶粒度有關(guān),奧氏體晶粒度愈細(xì)則回火脆性愈低
b.防止第二類回火脆性的方法從以上分析所述,防止第二類回火脆性的方法如下降低鋼中的雜質(zhì)元素的含量;加入能細(xì)化奧氏體晶粒的元素如Nb、V、Ti等以細(xì)化奧氏體晶粒,以增加晶界面積,降低單位面積雜質(zhì)元素偏聚量;加入適量的能扼制第二類回火脆性的合金元素如Mo、W等;避免在450~650℃范圍內(nèi)回火,在650℃以上回火后快冷;釆用亞溫淬火及鍛造余熱淬火等工藝來減輕或扼制第二類回火脆性
(4)真空度的選擇要求與氣壓調(diào)節(jié)大多數(shù)金屬的加熱是在500~1350℃、133×10-1.33×10-5Pa的條件下進行的,確定真空加熱的真空度時,必須綜合考慮表面光亮度,除氣、脫碳和合金元素蒸發(fā)等效果。表面光亮度與加熱溫度、冷卻方式和介質(zhì)以及真空度有關(guān)。真空度與鋼的表面光亮度的對應(yīng)關(guān)系大致如下:真空度為133×10-4Pa時,被加熱工件的表面光亮度可達85%;真空度為133×10-3Pa時,光亮度略有下降;真空度在133Pa時,表面生產(chǎn)薄氧化膜,光亮度降至51.3%;真空度為133×100~133×200Pa時,氧化膜增厚,光亮度為22.8%。在133×10-3Pa下進行加熱,相當(dāng)于在百萬分之一以上純度的惰性氣氛中加熱的保護效果。一般黑色金屬在此真空度下加熱就不會氧化。合金工具鋼、結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼等在900℃以下溫度加熱時,133×10-2-133×10-3Pa以上的真空度時足夠的對于含有Cr、Mn、Si等的合金鋼或需在1000℃以上溫度加熱的鋼種,應(yīng)回充氮氣的方法將氣壓控制在133×10-1Pa以下。不銹鋼析出硬化型合金、鐵鎳基合金、鈷基合金等,也需要在中等真空度下加熱淬火。要求較高的光亮度時,需要在133×103~1.33×10-4Pa下加熱。鈦合金等只是為了排除所吸收的氣體時,才采用1.33×10-4Pa以上的真空度。銅與銅合金在1.33×10-1Pa加熱,其光亮度就已經(jīng)符合要求了。
平需要糾正的觀點是,在盡可能高的真空度下加熱金屬,并不一定取得良好的技術(shù)經(jīng)濟效果,這是因獲得高真空而消耗較多的時間和動力,同時還因為合金鋼的某些合金元素在高真空下產(chǎn)生選擇性揮發(fā),從而加劇了工件光亮度的下降,表面變得粗糙。對于細(xì)小精密、比表面積大的工件而言,表面成分的變化必然導(dǎo)致性能的惡化,表221為幾種鋼預(yù)熱、淬火加熱及回火真空度的選擇,供參考。
注:1.高速鋼升溫至淬火加熱溫度前,向爐內(nèi)回充高純度惰性氣體,使真空控制在133Pa,為防止晶粒粗大,淬火溫度比正常溫度低10~20℃,工件厚度小于40m可用氣體淬火?；鼗饡r應(yīng)向爐內(nèi)回充g(N2)90%÷g(H2)10%的混合氣體
2.高速鋼淬火從高溫冷至1000℃左右時,熾熱工件使淬火油分解,生成碳原子隨即被工件吸收而產(chǎn)生滲碳作用,在該溫度時間越長,白層(滲碳層)越深。故高速鋼真空淬火白層就是由穩(wěn)定的奧氏體、少量馬氏體和MC型碳化物組成。如工藝允許可預(yù)冷到1000℃以上淬油
3.彈簧鋼、軸承鋼為防止Cr、Mn揮發(fā),需嚴(yán)控真空度
4.鉻、鎳奧氏體不銹鋼在加熱通入純氮時,發(fā)現(xiàn)表面滲氮,使塑性下降,故不銹鋼薄板和鋼帶在真空熱處理時用高純度氬氣來進行分壓和冷卻
為了克服高速鋼與高合金鋼在高溫下的元素的蒸發(fā),在實際加熱過程中采用“充氣法”即以中性或惰性的氣體(氬氣、氮氣、或氮氣十氨氣等),按一定的量充入1000℃以上的爐室內(nèi)并使其保持壓強13~266Pa或稍高。一般真空爐的加熱室是以壓強為133×10-313×10-2Pa的真空狀態(tài)作為設(shè)計依據(jù)的,在高溫高真空下,由于沒有氣流擾亂溫度場,因此在有效加熱區(qū)只有極小的溫差,在133×10-5~1Pa范圍內(nèi),溫差為±5℃,氣壓上升時,溫度均勻性將顯著下降,因此,充氣壓力應(yīng)盡可能低,即充氣壓力一方面使金屬元素不蒸發(fā),另一方面又可保持小的溫差。
高速鋼W6Mo5Cr4V2和SKH55鋼制的中8mm×130mm的試樣進行1210℃高溫淬火與560℃三次真空高溫回火后,與同工藝參數(shù)的鹽浴淬火、回火的硬度水平相當(dāng),但真空回火后的靜彎曲破斷功(破斷載荷與形變量乘積)卻明顯提高了,具體如表2-20所示。
進行真空回火操作時,需要將淬火后(油淬火)的工件清洗干凈后均勻擺放在回火料架上,抽真空到1.3Pa后,再回充氮氣至5.32×104~9.31×104Pa,在循環(huán)風(fēng)扇驅(qū)動的氣流中將工件加熱至設(shè)定溫度,經(jīng)充分保溫后進行強制冷卻風(fēng)冷。具體工藝曲線見圖27,一種是在真空回火爐內(nèi)或真空淬火爐充氮氣進行回火,一種是在1.3Pa下進行回火,需要注意的是,要確保零件的回火充分,必須延長零件的回火時間(為空氣爐的2~3倍)。
在工模具進行二次、三次回火時,有時可與560~570℃的軟氮化、離子滲氮工藝處理結(jié)合起來,可使工件表面形成幾微米到十幾微米的氮碳化合物層,賦予表面具有高的抗蝕能力、高的硬度和高的耐磨性,鋁擠壓模在真空淬火后進行軟氮化回火,則比常規(guī)工藝淬火及小歌律
鹽浴軟氮化處理的壽命提高3倍。
傳統(tǒng)的觀點是真空熱處理是一種中性氣氛,美國金屬學(xué)會和真空學(xué)會委員、 SoudertonVFS的總裁 William r. Jones對于這一現(xiàn)象進行了一項研究,具體試驗結(jié)果如圖2-8和圖2-9所示。
根據(jù)以上的理論分析,結(jié)合真空熱處理的實際,就對提高真空回火的光亮度采取如下措施
①提高工件的真空度。將真空回火的真空度從1~10Pa提高到1.3×102Pa,目的是減少真空爐中氧的含量,消除氧氣對于工件氧化的影響
②充氮氣中加入10%的氫氣,使循環(huán)加熱與冷卻的氣流的混合氣體呈還原性氣氛,使?fàn)t內(nèi)的氧化性氣氛與氫氣中和,形成弱還原性氣氛。
③減少真空爐隔熱屏吸收與排放水汽的影響。隔熱屏吸氣、排氣造成真空回火光亮度不高是長期困擾真空熱處理技術(shù)人員的問題之一,可通過采用全金屬隔熱屏設(shè)計,或采用外層為石墨氈,里面4層為金屬隔熱屏結(jié)構(gòu),以排除耐火纖維隔熱屏吸水性大的弊端。高
④快速冷卻,使工件出爐溫度低,提高回火光亮度
⑤提高溫度的均勻性,有利于回火光亮度的一致。實踐表明,采用以上措施后,真空回火后的工件的表面光亮度可達真空淬火后的90%
(3)真空回火脆性與防止鋼的回火目的是降低脆性、提高韌性,達到要求的力學(xué)性能,但對于某些鋼而言在200350℃之間以及450~650℃之間出現(xiàn)兩個低谷,在這兩個范圍內(nèi)回火后雖然硬度有所下降,但沖擊韌度并未升高,反而顯著下降(見圖2-10),分別稱為第一類回火脆性與第二類回火脆性
由于回火脆性的原因,使可供選擇的回火溫度受到了限制,給調(diào)整力學(xué)性能帶來了一定的困難,經(jīng)過近80年的研究,盡管關(guān)于回火脆性的形成機理尚未形成理論,目前幾種說法并存,相互補充,但人們找到防止回火脆性的一些方法和若干措施。
①第一類回火脆性
a.第一類回火脆性的產(chǎn)生原因鋼在200~350℃進行回火出現(xiàn)的回火脆性稱為第一類回火脆性又稱低溫回火脆性,對于出現(xiàn)回火脆性的鋼再加熱到更高溫度回火,則可將脆性消除,使沖擊韌度重新升高,此時若在200~350℃范圍內(nèi)回火則不再產(chǎn)生這種脆性?？梢姷陬惢鼗鸫嘈允遣豢赡娴?。
幾乎所有的鋼均存在第一類回火脆性,影響第一類回火脆性的因素主要是化學(xué)成分,可以將鋼中的元素按其作用分為三類
有害雜質(zhì)元素。其中包括S、P、As、Sn、Sb、Cu、N、H、O等,鋼中存在這些元素將導(dǎo)致出現(xiàn)第一類回火脆性的產(chǎn)生
促進第一類回火脆性的元素。屬于這一類的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、V、C等這些元素的存在促進了第一類回火脆性的發(fā)展,部分合金元素如Cr、Si等還能將回火脆性的溫度提高
減弱第一類回火脆性的元素。屬于此類的合金元素有Mo、W、Ti、Al等,鋼中含有這類元素時,第一類回火脆性被減弱。除了化學(xué)成分影響第一類回火脆性外,還與奧氏體晶粒的大小以及殘余奧氏體數(shù)量的多少有關(guān),奧氏體晶粒越細(xì),則第一類回火脆性愈弱;殘余奧氏體愈多則愈嚴(yán)重
文獻指出1,2,在淬火后約300℃回火時出現(xiàn)的脆性稱為藍(lán)脆如圖2-10所示,一般而言,對于含有碳化物形成元素如鉻的鋼要避免在200~370℃之間進行回火
b.防止第一類回火脆性的方法根據(jù)前面提到的影響第一類回火脆性的原因,應(yīng)采取以下措施來減輕其回火脆性:游
降低鋼中雜質(zhì)元素的含量;用A1脫氧或加入Nb、V、Ti等元素細(xì)化奧氏體晶粒;加入Mo、W等減輕第一類回火脆性的合金元素;加入Cr、Si以調(diào)整第一類回火脆性的溫度范圍,使之避開所需的回火溫度;采用等溫淬火代替淬火+高溫回火等。
②第二類回火脆性
a.第二類回火脆性產(chǎn)生原因鋼在450~650℃范圍回火后出現(xiàn)的脆性稱為第二類回火脆性也稱為髙溫回火脆性,第二類回火脆性使室溫沖擊韌度顯著下降,出現(xiàn)第二類回火脆性的材料與中碳合金鋼、部分耐熱鋼等有關(guān),尤其是大截面用鋼有關(guān)第二類回火脆性的重要特征之一是除了在450~650之間回火會引起脆性外,在較高溫度回火后緩慢冷卻通過450~650℃的脆性發(fā)展區(qū)也會引起脆化,即所謂的緩冷脆化。如高溫回火后快冷通過脆性發(fā)展區(qū)則不會引起脆化,見圖2-11
第二類回火脆性的重要特征之二是在脆化后(包括緩冷脆化及部分等溫脆化),如再加熱到650℃以上,然后快冷至室溫,則可消除脆化。在脆性消除后還可再次發(fā)生脆化(包括緩冷脆化及部分等溫脆化),這表明第二類回火脆性是可逆轉(zhuǎn)的,故稱為可逆回火脆性。組織因素,下面分別介紹
影響第二類回火脆性的因素有化學(xué)成分、熱處理工藝參數(shù)和如下
化學(xué)成分的影響。按作用的不同可將存在于鋼中的元素分為三類:雜質(zhì)元素的影響,屬于該類的元素有P、Sn、Sb、As、B、S等,第二類回火脆性是由這些雜質(zhì)元素引起的。但當(dāng)鋼中不含有Ni、Cr、Mn、Si等合金元素時,雜質(zhì)元素的存在不會引起第二類回火脆性,文獻指出“真空預(yù)可控氣氛熱處理”雜質(zhì)元素的作用與鋼種的成分有關(guān)。促進第二類回火脆Si、C等,這類元素單獨存在也
性的合金元素的影響,屬于這一類的元素有N、Cr、Mn不會引起第二類回火脆性,必須與雜質(zhì)元素同時存在時才會引起第二類回火脆性,當(dāng)雜質(zhì)元素含量一定,這類元素的含量愈高,脆化愈嚴(yán)重。扼制第二類回火脆性的元素,屬于這類的元素有Mo、W、V、Ti等,這些元素的加入量有一最佳值,另外稀土元素La、Nb、Pr等也能扼制第二類回火脆性
熱處理工藝參數(shù)的影響。在450~650℃溫度范圍內(nèi)回火時,引起第二類回火脆性的脆化程度與回火溫度及時間密切相關(guān)。緩冷脆化不僅與回火溫度與時間有關(guān),更主要的是與回火后的冷卻速度有關(guān),冷速的影響同樣也反應(yīng)了脆化過程的擴散過程,這里不再贅述。
組織因素的影響。與第一類回火脆性不同,不論鋼具有何種原始組織均有第二類回火脆性,但以馬氏體的回火脆性最嚴(yán)重,貝氏體次之,珠光體最輕。這表明第二類回火脆性主要不是由于馬氏體的分解及殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變引起的。第二類回火脆性還與奧氏體的晶粒度有關(guān),奧氏體晶粒度愈細(xì)則回火脆性愈低
b.防止第二類回火脆性的方法從以上分析所述,防止第二類回火脆性的方法如下降低鋼中的雜質(zhì)元素的含量;加入能細(xì)化奧氏體晶粒的元素如Nb、V、Ti等以細(xì)化奧氏體晶粒,以增加晶界面積,降低單位面積雜質(zhì)元素偏聚量;加入適量的能扼制第二類回火脆性的合金元素如Mo、W等;避免在450~650℃范圍內(nèi)回火,在650℃以上回火后快冷;釆用亞溫淬火及鍛造余熱淬火等工藝來減輕或扼制第二類回火脆性
(4)真空度的選擇要求與氣壓調(diào)節(jié)大多數(shù)金屬的加熱是在500~1350℃、133×10-1.33×10-5Pa的條件下進行的,確定真空加熱的真空度時,必須綜合考慮表面光亮度,除氣、脫碳和合金元素蒸發(fā)等效果。表面光亮度與加熱溫度、冷卻方式和介質(zhì)以及真空度有關(guān)。真空度與鋼的表面光亮度的對應(yīng)關(guān)系大致如下:真空度為133×10-4Pa時,被加熱工件的表面光亮度可達85%;真空度為133×10-3Pa時,光亮度略有下降;真空度在133Pa時,表面生產(chǎn)薄氧化膜,光亮度降至51.3%;真空度為133×100~133×200Pa時,氧化膜增厚,光亮度為22.8%。在133×10-3Pa下進行加熱,相當(dāng)于在百萬分之一以上純度的惰性氣氛中加熱的保護效果。一般黑色金屬在此真空度下加熱就不會氧化。合金工具鋼、結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼等在900℃以下溫度加熱時,133×10-2-133×10-3Pa以上的真空度時足夠的對于含有Cr、Mn、Si等的合金鋼或需在1000℃以上溫度加熱的鋼種,應(yīng)回充氮氣的方法將氣壓控制在133×10-1Pa以下。不銹鋼析出硬化型合金、鐵鎳基合金、鈷基合金等,也需要在中等真空度下加熱淬火。要求較高的光亮度時,需要在133×103~1.33×10-4Pa下加熱。鈦合金等只是為了排除所吸收的氣體時,才采用1.33×10-4Pa以上的真空度。銅與銅合金在1.33×10-1Pa加熱,其光亮度就已經(jīng)符合要求了。
平需要糾正的觀點是,在盡可能高的真空度下加熱金屬,并不一定取得良好的技術(shù)經(jīng)濟效果,這是因獲得高真空而消耗較多的時間和動力,同時還因為合金鋼的某些合金元素在高真空下產(chǎn)生選擇性揮發(fā),從而加劇了工件光亮度的下降,表面變得粗糙。對于細(xì)小精密、比表面積大的工件而言,表面成分的變化必然導(dǎo)致性能的惡化,表221為幾種鋼預(yù)熱、淬火加熱及回火真空度的選擇,供參考。
注:1.高速鋼升溫至淬火加熱溫度前,向爐內(nèi)回充高純度惰性氣體,使真空控制在133Pa,為防止晶粒粗大,淬火溫度比正常溫度低10~20℃,工件厚度小于40m可用氣體淬火?；鼗饡r應(yīng)向爐內(nèi)回充g(N2)90%÷g(H2)10%的混合氣體
2.高速鋼淬火從高溫冷至1000℃左右時,熾熱工件使淬火油分解,生成碳原子隨即被工件吸收而產(chǎn)生滲碳作用,在該溫度時間越長,白層(滲碳層)越深。故高速鋼真空淬火白層就是由穩(wěn)定的奧氏體、少量馬氏體和MC型碳化物組成。如工藝允許可預(yù)冷到1000℃以上淬油
3.彈簧鋼、軸承鋼為防止Cr、Mn揮發(fā),需嚴(yán)控真空度
4.鉻、鎳奧氏體不銹鋼在加熱通入純氮時,發(fā)現(xiàn)表面滲氮,使塑性下降,故不銹鋼薄板和鋼帶在真空熱處理時用高純度氬氣來進行分壓和冷卻
為了克服高速鋼與高合金鋼在高溫下的元素的蒸發(fā),在實際加熱過程中采用“充氣法”即以中性或惰性的氣體(氬氣、氮氣、或氮氣十氨氣等),按一定的量充入1000℃以上的爐室內(nèi)并使其保持壓強13~266Pa或稍高。一般真空爐的加熱室是以壓強為133×10-313×10-2Pa的真空狀態(tài)作為設(shè)計依據(jù)的,在高溫高真空下,由于沒有氣流擾亂溫度場,因此在有效加熱區(qū)只有極小的溫差,在133×10-5~1Pa范圍內(nèi),溫差為±5℃,氣壓上升時,溫度均勻性將顯著下降,因此,充氣壓力應(yīng)盡可能低,即充氣壓力一方面使金屬元素不蒸發(fā),另一方面又可保持小的溫差。
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