一、加熱溫度的確定
淬火加熱溫度的選擇應以得到細小均勻的奧氏體晶粒為原則,以便淬火后獲得細小的馬氏體組織。淬火溫度主要根據合金40Cr圓鋼的臨界點確定,亞共析鋼管通常加熱至Ac3以上30~50℃,共析鋼管、過共析鋼管加熱至Ac1以上30~50℃。亞共析鋼管淬火加熱溫度若在Ac1~Ac3之間,則淬火組織中除馬氏體外,還保留一部分鐵素體,使鋼管的硬度和強度降低。但淬火溫度也不能超過Ac3點過高,以防奧氏體晶粒粗化。對于低碳鋼管、低碳低合金鋼管,如果采用加熱溫度略低于Ac3點的亞溫淬火,則可獲得鐵素體加馬氏體(5%~20%)雙相組織,既可保證鋼管的一定強度,又可保證鋼管具備良好的塑性、韌性和沖壓成形性。過共析合金40Cr圓鋼的加熱溫度限定在Ac1以上30~50℃是為了得到細小的奧氏體晶粒和保留少量滲碳體質點,淬火后得到隱晶馬氏體和其上均勻分布的粒狀碳化物,不但使鋼管具有更高的強度、硬度和耐磨性,而且也具有較好的韌性。如果過共析鋼管加熱溫度超過Accm,碳化物將全部溶入奧氏體中,使奧氏體中的含碳量增加,降低鋼管的Ms和Mf點,淬火后殘留奧氏體量增多,會降低鋼管的硬度和耐磨性。淬火溫度過高,會奧氏體晶粒粗化,同時含碳量又高,淬火后易得到含有顯微裂紋的粗片狀馬氏體,使鋼管的脆性增大。此外,高溫加熱淬火應力大、氧化脫碳嚴重,也會增大鋼管件變形和開裂傾向。
對于低合金合金40Cr圓鋼淬火溫度也應根據臨界點Ac1或Ac3確定,考慮合金元素的作用,為了加速奧氏體化,淬火溫度可偏高些,一般為Ac1或Ac3以上50~100℃。高合金工具鋼管含較多強碳化物形成元素,奧氏體晶粒粗化溫度高,則可采用更高的淬火加熱溫度。含碳、錳量較高的合金40Cr圓鋼則應采用較低的淬火溫度,以防奧氏體晶粒粗化。
除了化學成分以外,淬火加熱溫度還與其他因素有關。首先是工件的尺寸和形狀的影響,一般來說大尺寸的工件宜用較高的淬火溫度,小尺寸工件則采用較低的淬火溫度,這是因為大工件加熱慢,溫度低容易造成加熱不足,使合金40Cr圓鋼不易淬硬,適當提高淬火溫度可以避免上述問題的出現,并增加工件的淬透層深度。小工件加熱快,溫度高容易引起過熱,同時變形也增大,故應適當降低淬火溫度。從工件的形狀來看,形狀簡單的,淬火溫度高一些也無妨,而形狀復雜的則應盡可能采用較低的淬火溫度。還有就是淬火冷卻介質的影響,對于冷卻能力較強的淬火冷卻介質(水及水基溶液),應采用較低的淬火溫度。而采用冷卻能力較小的油及熔鹽作為淬火冷卻介質,則宜采用較高的淬火溫度。最后是原始組織的影響,在一般情況下,原始組織的彌散度較大(如細片狀珠光體)時,淬火加熱溫度應低一些,若工件原始組織中有帶狀組織或斷續網狀碳化物,則淬火加熱溫度宜稍高一些。
二、淬火加熱速度和保溫時間的確定
淬火時加熱速度力求盡量的快,因為快速加熱可以提高熱處理車間的生產效率和降低成本,并能減少和消除氧化及脫碳。但是導熱性差的合金鋼管或大型鋼管材,一定要經過預熱,否則若加熱太快、受熱不均勻,將會導致合金40Cr圓鋼變形或開裂。
所謂保溫時間是指工件裝爐后,從爐溫上升到淬火溫度算起到工件出爐為止所需要的時間。它包括工件的加熱時間和內部組織充分轉變所需要的時間。工件的加熱時間與合金40Cr圓鋼的化學成分、工件形狀、尺寸或重量、、加熱介質、爐溫等許多因素有關。目前生產中,常根據工件的有效厚度,用前面退火的保溫時間公式t=KD(單位為min)計算。
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