調(diào)質(zhì)處理
作者：華民姜曉135 8312 9701（多年鋼棒調(diào)質(zhì)處理經(jīng)驗(yàn)）
淬火+高溫回火=是淬火加高溫回火的雙重?zé)崽幚?，其目的是使工件具有良好的綜合機(jī)械性能。
1.調(diào)質(zhì)處理
1.1調(diào)質(zhì)處理爐
鋼的熱處理工藝包括退火、正火、淬火、回火和表面熱處理等方法。其中回火又包括調(diào)質(zhì)處理和時(shí)效處理。 鋼的回火：按照所希望的機(jī)械性能將已經(jīng)淬火的鋼重新加熱到（350℃～650℃）一定溫度之間進(jìn)行，碳是以細(xì)均分布的滲碳體形式析出。隨著回火溫度的增加，碳化物的顆粒就增大，屈服點(diǎn)和拉伸強(qiáng)度就下降，降低硬度和脆性，延伸率和收縮率就升高。其目的是消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，以取得預(yù)期的力學(xué)性能。
回火分高溫回火、中溫回火和低溫回火三類。
高溫回火：500℃~650℃
中溫回火：300℃~450℃
低溫回火：150℃~250℃
1.2.調(diào)質(zhì)處理方法
調(diào)質(zhì)處理：淬火后高溫回火的熱處理方法稱為調(diào)質(zhì)處理。高溫回火是指在500-650℃之間進(jìn)行回火。調(diào)質(zhì)可以使鋼的性能，材質(zhì)得到很大程度的調(diào)整，其強(qiáng)度、塑性和韌性都較好，具有良好的綜合機(jī)械性能。調(diào)質(zhì)處理后得到回火索氏體。回火索氏體(tempered sorbite)是馬氏體于回火時(shí)形成的，在光學(xué)鏡相顯微鏡下放大500~600倍以上才能分辨出來，其為鐵素體基體內(nèi)分布著碳化物（包括滲碳體）球粒的復(fù)合組織。它也是馬氏體的一種回火組織，是鐵素體與粒狀碳化物的混合物。此時(shí)的鐵素體已基本無碳的過飽和度，碳化物也為穩(wěn)定型碳化物。常溫下是一種平衡組織。
1.3.時(shí)效處理方法
時(shí)效處理：為了消除精密量具或模具、零件在長(zhǎng)期使用中尺寸、形狀發(fā)生變化，常在低溫回火后（低溫回火溫度150-250℃）精加工前，把工件重新加熱到100-150℃，保持5-20小時(shí)，這種為穩(wěn)定精密制件質(zhì)量的處理，稱為時(shí)效。對(duì)在低溫或動(dòng)載荷條件下的鋼材構(gòu)件進(jìn)行時(shí)效處理，以消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定鋼材組織和尺寸，尤為重要。
2.分類
調(diào)質(zhì)鋼有碳素調(diào)質(zhì)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼二大類，不管是碳鋼還是合金鋼，其含碳量控制比較嚴(yán)格。如果含碳量過高，調(diào)質(zhì)后工件的強(qiáng)度雖高，但韌性不夠，如含碳量過低，韌性提高而強(qiáng)度不足。為使調(diào)質(zhì)件得到好的綜合性能，一般含碳量控制在0.30~0.50%。
調(diào)質(zhì)淬火時(shí)，要求工件整個(gè)截面淬透，使工件得到以細(xì)針狀淬火馬氏體為主的顯微組織。通過高溫回火，得到以均勻回火索氏體為主的顯微組織。小型工廠不可能每爐搞金相分析，一般只作硬度測(cè)試，這就是說，淬火后的硬度必須達(dá)到該材料的淬火硬度，回火后硬度按圖要求來檢查。
3.應(yīng)用及案例
調(diào)質(zhì)常常應(yīng)用在中碳(低合金)結(jié)構(gòu)鋼，也用在低合金鑄鋼中?？傊畬?duì)力學(xué)要求高的結(jié)構(gòu)零部件都要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。 （hardening and tempering；thermal refining） 金屬材料熱處理工藝之一。材料在淬火后高溫回火叫調(diào)質(zhì)處理。目的是使鋼件有很高的韌性和足夠的強(qiáng)度，具有綜合的優(yōu)良機(jī)械性能。例如立軸、絲杠、齒輪等。一般是在零件加工后進(jìn)行，也可將粗坯調(diào)質(zhì)后再進(jìn)行機(jī)械加工。
3.1、45鋼的調(diào)質(zhì)
45鋼是中碳結(jié)構(gòu)鋼，冷熱加工性能都不錯(cuò)，機(jī)械性能較好，且價(jià)格低、來源廣，所以應(yīng)用廣泛。它的最大弱點(diǎn)是淬透性低，截面尺寸大和要求比較高的工件不宜采用。
45鋼淬火溫度在A3+(30~50)℃，在實(shí)際操作中，一般是取上限的。偏高的淬火溫度可以使工件加熱速度加快，表面氧化減少，且能提高工效。為使工件的奧氏體均勻化，就需要足夠的保溫時(shí)間。如果實(shí)際裝爐量大，就需適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間。不然，可能會(huì)出現(xiàn)因加熱不均勻造成硬度不足的現(xiàn)象。但保溫時(shí)間過長(zhǎng)，也會(huì)也出現(xiàn)晶粒粗大，氧化脫碳嚴(yán)重的弊病，影響淬火質(zhì)量。我們認(rèn)為，如裝爐量大于工藝文件的規(guī)定，加熱保溫時(shí)間需延長(zhǎng)1/5。
因?yàn)?5鋼淬透性低，故應(yīng)采用冷卻速度大的10%鹽水溶液。工件入水后，應(yīng)該淬透，但不是冷透，如果工件在鹽水中冷透，就有可能使工件開裂，這是因?yàn)楫?dāng)工件冷卻到180℃左右時(shí)，奧氏體迅速轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體造成過大的組織應(yīng)力所致。因此，當(dāng)淬火工件快冷到該溫度區(qū)域，就應(yīng)采取緩冷的方法。由于出水溫度難以掌握，須憑經(jīng)驗(yàn)操作，當(dāng)水中的工件抖動(dòng)停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜動(dòng)不宜靜，應(yīng)按照工件的幾何形狀，作規(guī)則運(yùn)動(dòng)。靜止的冷卻介質(zhì)加上靜止的工件，導(dǎo)致硬度不均勻，應(yīng)力不均勻而使工件變形大，甚至開裂。
45鋼調(diào)質(zhì)件淬火后的硬度應(yīng)該達(dá)到HRC56~59，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就說明工件未得到完全淬火，組織中可能出現(xiàn)索氏體甚至鐵素體組織，這種組織通過回火，仍然保留在基體中，達(dá)不到調(diào)質(zhì)的目的。
45鋼淬火后的高溫回火，加熱溫度通常為560~600℃，硬度要求為HRC22~34。因?yàn)檎{(diào)質(zhì)的目的是得到綜合機(jī)械性能，所以硬度范圍比較寬。但圖紙有硬度要求的，就要按圖紙要求調(diào)整回火溫度，以保證硬度。如有些軸類零件要求強(qiáng)度高，硬度要求就高；而有些齒輪、帶鍵槽的軸類零件，因調(diào)質(zhì)后還要進(jìn)行銑、插加工，硬度要求就低些。關(guān)于回火保溫時(shí)間，視硬度要求和工件大小而定，我們認(rèn)為，回火后的硬度取決于回火溫度，與回火時(shí)間關(guān)系不大，但必須回透，一般工件回火保溫時(shí)間總在一小時(shí)以上。
3.2、40Cr鋼的調(diào)質(zhì)處理 Cr能增加鋼的淬透性，提高鋼的強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性，具有優(yōu)良的機(jī)械性能。截面尺寸大或重要的調(diào)質(zhì)工件，應(yīng)采用Cr鋼。但Cr鋼有第二類回火脆性。
40Cr工件調(diào)質(zhì)的淬回火，各種參數(shù)工藝卡片都有規(guī)定，我們?cè)趯?shí)際操作中體會(huì)是：
（一）40Cr工件淬火后應(yīng)采用油冷，40Cr鋼的淬透性較好，在油中冷卻能淬硬，而且工件的變形、開裂傾向小。但是小型企業(yè)在供油緊張的情況下，對(duì)形狀不復(fù)雜的工件，可以在水中淬火，并未發(fā)現(xiàn)開裂，只是操作者要憑經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)格掌握入水、出水的溫度。
（二）40Cr工件調(diào)質(zhì)后硬度仍然偏高，第二次回火溫度就要增加20~50℃，不然，硬度降低困難。
（三）40Cr工件高溫回火后，形狀復(fù)雜的在油中冷卻，簡(jiǎn)單的在水中冷卻，目的是避免第二類回火脆性的影響?；鼗鹂炖浜蟮墓ぜ?，必要時(shí)再施以消除應(yīng)力處理。三 影響調(diào)質(zhì)工件的質(zhì)量，操作工的水平是個(gè)重要因素，同時(shí)，還有設(shè)備、材料和調(diào)質(zhì)前加工等多方面的原因，我們認(rèn)為： （一）工件從加熱爐轉(zhuǎn)移到冷卻槽速度緩慢，工件入水的溫度已降到低于Ar3臨界點(diǎn)，產(chǎn)生部分分解，工件得到不完全淬火組織，達(dá)不到硬度要求。所以小零件冷卻液要講究速度，大工件予冷要掌握時(shí)間。 （二）工件裝爐量要合理，以1~2層為宜，工件相互重疊造成加熱不均勻，導(dǎo)致硬度不勻。 （三）工件入水排列應(yīng)保持一定距離，過密使工件近處蒸氣膜破裂受阻，造成工件接近面硬度偏低。 （四）開爐淬火，不能一口氣淬完，應(yīng)視爐溫下降程度，中途閉爐重新升溫，以便前后工件淬后硬度一致。 （五）要注意冷卻液的溫度，10%鹽水的溫度如高于60℃，不能使用。冷卻液不能有油污、泥漿等雜質(zhì)，不然，會(huì)出現(xiàn)硬度不足或不均勻現(xiàn)象。 （六）未經(jīng)加工毛坯調(diào)質(zhì)，硬度不會(huì)均勻，如要得到好的調(diào)質(zhì)質(zhì)量，毛坯應(yīng)粗車，棒料要鍛打。 （七）嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，淬火后硬度偏低1~3個(gè)單位，可以調(diào)整回火溫度來達(dá)到硬度要求。但淬火后工件硬度過低，有的甚至只有HRC25~35，必須重新淬火，絕不能只施以中溫或低溫回火以達(dá)到圖紙要求完事，不然，失去了調(diào)質(zhì)的意義，并有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。
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