亚温淬火在紧固件热处理中的应用

HEATS · 发表于 2010-9-12 14:16:56

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　　面对紧固件材料价格一路攀升，电力能源危机日趋严重，紧固件行业利润越来越微薄，怎样降低生产成本，优化生产工艺，已经成为了我们紧固件行业急待解决的难题。作为一名紧固件热处理工作者更肩负不可推卸的责任。据这些年粗略统计，中国热处理的平均能耗约为1500KW·h/t，而同期世界的先进水平达400KW·h/t，其间的差距不言而喻。亚温淬火(也叫双相区淬火)，作为一项较先进的理论早已在学术界提出。由于我们热处理工作者在现实生产中过于保守，这项理论并没有得到广泛的应用。因此，我将本人在这方面取得的经验与大家分享！

　　本人一直在高强度紧固件生产厂家工作，热处理车间历史悠久，对长杆件淬火变形有感触。下面本人就从以下几方面来说明亚温淬火的具体应用。

　　一、热处理设备

　　本公司的热处理设备是由中门子炉业制造有限公司制造的保护气氛电炉。淬火炉分三个区，总功率75KW，炉内气氛为滴注式甲醇裂解气。回火炉为一个区，功率45KW。是属于一种非常传统的热处理设备。淬火介质为循环流动的N a OH水溶液(浓度约为1.5%，温度约为40℃)。

　　二、热处理产品

　　该产品是一种典型的紧固件，为GB/T5789 M8X110，性能等级为8.8级(如下图1)

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　　生产工艺为：热轧盘条→球化退火→磷化→拉丝→冷镦→搓丝→热处理→校直→电镀→成品。球化退火组织(如图2)。

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　　原材料是由宝山钢铁股份有限公司生产的SWRCH35K，化学成分如表1：

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　　三、传统工艺参数

　　以前本公司的工艺参数：淬火温度为850±10℃，保温60分钟，冷却介质为循环流动的氢氧化钠溶液(NaoH为1.5%左右，温度为40℃左右)，回度温度为490±10℃，保温90分钟。然而每次回火出来的产品均有部分变形弯曲，不得不挑选、校直，而校直时难免碰伤成为废品。也曾将工艺改为热轧盘条→球化退火→磷化→拉丝→冷镦→热处理→校直→滚丝→电镀→成品，但增加了碾牙的难度，也延长了制造周期(因搓丝为自动搓丝，而滚丝为人工滚丝)。怎样才能在不增加生产成本的前提下，彻底消除这种现象。于是，我们想到了亚温淬火，所谓亚温淬火，就是将亚共析钢工件加热到Ac1—Ac3温度区间内淬火，获得以马氏体和铁素体为主的淬火工艺。该工艺不仅提高了回火后的韧性、降低了回火脆性倾向及冷脆转变温度，而且消除了回火脆性状态的晶间断裂倾向。经多次试验，成功地将此理论用于了实践，不仅消除了变形超差，而且节省了大量电能。

　　四、新工艺参数

　　淬火温度为810±10℃，保温60分钟，冷却介质为循环流动的氢氧化钠溶液(NaoH为1.5%左右，温度为45℃左右)，回火温度为480±10℃，保温90分钟，然而回火出来的产品不仅机械性能合格，而且变形也控制在合格范围之内。

　　五、内部组织分析

　　我们先来看看新工艺淬火组织(如图3)：

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　　整个视场由铁素体和马氏体组成，而且铁素体颗粒非常细小，总含量为5%—8%之间。马氏体晶粒也非常细小，几乎看不见马氏体针。我们再看看原材料球化组织图，可以看出球状珠光体几乎都分布在晶界附近且非常均匀。螺栓入炉加温，当工件温度升高至Ac1时，在晶界附近处的球状珠光体逐渐溶解成奥氏体，随着温度的升高，奥氏体区域逐渐扩大。达到淬火温度时，只有极少量的铁素体未溶解成奥氏体，而此时这些铁素体呈小岛状或颗粒状弥散分布在形体各异的奥氏体上。淬火冷却时，由于冷却速度足够快，奥氏体迅速转变成马氏体，此时产生巨大的热应力和组织应力。但是由于有少量的硬度很低的铁素体的存在，它通过变形消减了几乎全部的组织应力，况且，由于淬火温度降低，也相对减小了热应力的作用，因而有效地控制了该螺栓的变形问题。接下来，我们再看看该工件的回火组织(如下图4，由于400倍难以分辨出铁素体和索氏体)。

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　　整个视场由回火索氏体和极少量铁素体组成，铁素体绝大部分呈条型薄膜状(组织应力使其变形所致)，弥散分布。再抽检该批次螺栓的机械性能，不管是硬度、抗拉强度，还是冲击吸收功，都完全合格(其中断面收缩率及延伸率还有明显提高)，宏观硬度也不存在软点。由于本公司的检测设备有限，其它的性能指标无从检验。但我相信，螺栓的内部微观组织结构决定了外在的宏观机械性能。合理的组织结构，必将优化各方面性能指标。

　　总的来说，在未增加任何成本反而节约了成本的前提下，有效地控制了该螺栓的变形。所以我们不能不承认该工艺的合理性、正确性。最后，本人强调一点就是应用亚温淬火时，一定要控制好原材料的原始组织，以及掌握好淬火温度(以便控制好铁素体的含量及形状)。 -【MechNet】

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