瑞典IVF冷卻特性測試儀優(yōu)點(diǎn)淺析 淬火介質(zhì)冷卻特性檢測_XC_川奇供

上海川奇機(jī)電設(shè)備有限公司代理的瑞典IVF SmartQuench冷卻特性測試儀具有三大優(yōu)點(diǎn)。上海川奇機(jī)電設(shè)備有限公司是瑞典IVF冷卻特性測試儀代理商，可提供冷卻特性測試儀報(bào)價(jià)、冷卻性能測定儀參數(shù)及技術(shù)培訓(xùn)。肖馳歡迎探討
IVF冷卻特性測試儀教你應(yīng)對冷處理裂紋

控制閥芯材料是GCr15鋼，生產(chǎn)上采用的淬火溫度是（850±10）℃，加熱設(shè)備選用的是鹽浴爐，冷卻用32號機(jī)械油。該鋼wc=0.95～1.15%，wcr=1.5%，鉻和碳的共同作用，加熱時(shí)溶入奧氏體

后，降低了Ms點(diǎn)（馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)），提高了鋼的淬透性，但同時(shí)也增加了奧氏體的穩(wěn)定性，使淬火后保留10%～15%的殘留奧氏體。且由于淬火溫度愈高，溶入奧氏體中的碳及合金元素含量就

愈多，奧氏體穩(wěn)定性也愈高，相應(yīng)的殘留奧氏體就愈多。而殘留奧氏體是一種不穩(wěn)定的組織，淬火后從油中取出放在鐵板上攤開冷卻，冷到室溫后再進(jìn)行冷處理（用點(diǎn)溫計(jì)測量溫度），這個(gè)

過程一般需要2～3h。在這個(gè)過程中，這些殘留奧氏體會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，但其轉(zhuǎn)變非常緩慢，難以進(jìn)行馬氏體化，但在隨后的冷處理過程中，由于溫度低，這些殘留奧氏體就會(huì)加速發(fā)生轉(zhuǎn)變，殘留

奧氏體量愈多，轉(zhuǎn)變成的馬氏體就愈多，產(chǎn)生的相變應(yīng)力就愈大，該應(yīng)力與既存的淬火應(yīng)力疊加，引起與淬火裂紋相同的裂紋，即冷處理裂紋。
這是因?yàn)闊崽幚砹慵拈_裂是由于在冷卻過程中，熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的合成內(nèi)應(yīng)力，在瞬間超過了材料的脆斷抗力的結(jié)果，該零件含碳量高，發(fā)生馬氏體相變時(shí)的比體積變化增大，馬氏體相

變溫度Ms點(diǎn)降低，熱應(yīng)力減弱，呈現(xiàn)出以組織應(yīng)力為主的分布特征。而由于零件較小，材料淬透性好，心部*淬透，淬火時(shí)，馬氏體相變開始于表面然后向心部擴(kuò)展，發(fā)生了馬氏體相變的

表層因其體積膨脹必然對尚未處于奧氏體相變的心部施以拉應(yīng)力，而其本身則因心部的限制而受壓應(yīng)力，壓應(yīng)力的峰值隨相變的進(jìn)行向心部移動(dòng)，由于奧氏體具有良好的塑性和很低的屈服強(qiáng)

度，因此，相變應(yīng)力必將引起處于奧氏體狀態(tài)的心部發(fā)生塑性變形，隨后當(dāng)心部溫度降低到Ms點(diǎn)而發(fā)生馬氏體相變時(shí)，伴隨的體積膨脹由于受到已轉(zhuǎn)變成馬氏體的堅(jiān)硬的表層的阻礙，產(chǎn)生了

與前述相反的組織應(yīng)力。隨著心部馬氏體相變的進(jìn)行，組織應(yīng)力發(fā)生反向，終形成了表層為拉應(yīng)力，心部為壓應(yīng)力的殘留組織應(yīng)力。在淬火后未作任何處置的情況下在空氣中放置，應(yīng)力未

得到釋放，而由于馬氏體轉(zhuǎn)變終止點(diǎn)（Mf）在-70℃左右，在室溫放置及隨后的冷處理過程中，殘留奧氏體會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，而在冷處理過程中，有兩種原因造成內(nèi)應(yīng)力，一是快速冷卻，二是殘留

奧氏體的馬氏體化。生產(chǎn)中采用的將零件置于溫度可達(dá)-78℃干冰酒精溶液的保溫桶里進(jìn)行的，溫度低于該材料的馬氏體轉(zhuǎn)變終止點(diǎn)Mf，冷卻速度加快，淬火后殘留的部分未轉(zhuǎn)變的奧氏體進(jìn)一

步轉(zhuǎn)變成馬氏體，同樣形成表層為拉應(yīng)力，心部為壓應(yīng)力的殘留應(yīng)力，這兩種應(yīng)力不但未互相抵消，而是相互疊加，并且在低溫下材料本身的脆斷抗力降低，所以當(dāng)快速冷卻與殘奧馬氏體化

產(chǎn)生的相變應(yīng)力與前期淬火時(shí)產(chǎn)生的淬火應(yīng)力疊加，超過材料脆斷抗力，就產(chǎn)生了裂紋。如果已有顯微裂紋，則可能導(dǎo)致裂紋的長大或擴(kuò)展為宏觀裂紋。
綜上所述，控制閥芯冷處理后出現(xiàn)批量裂紋的根本原因是由于淬火及冷處理時(shí)均產(chǎn)生了表層為拉應(yīng)力，心部為壓應(yīng)力的殘留內(nèi)應(yīng)力，相互疊加后超過材料的脆斷抗力所致，且淬火后形成的殘

留奧氏體量越多，越容易產(chǎn)生裂紋。

4.消減裂紋的驗(yàn)證試驗(yàn)
淬火應(yīng)力因冷處理而增加，從而引起冷處理裂紋，所以要避免冷處理裂紋，就應(yīng)在冷處理前把淬火應(yīng)力減少。據(jù)資料介紹，用100℃左右的低溫回火可消減約25%的淬火應(yīng)力，用200℃左右的溫

度回火可消減約50%的淬火應(yīng)力。為此，分別對淬火后的零件用100℃開水和180℃油爐預(yù)回火1h進(jìn)行試驗(yàn)，來驗(yàn)證閥芯裂紋的原因。
其具體過程如下：淬火溫度仍選用（850±10）℃，加熱設(shè)備選用的鹽浴爐，冷卻用32號機(jī)械油，*試驗(yàn)68件，淬火過程不變，但零件從油中取出后，分三種方案進(jìn)行處理：20件100℃開水

煮1h，取出后待零件表面預(yù)冷到60℃左右即投入水中冷卻，使零件溫度快速降到室溫與其余產(chǎn)品一同進(jìn)行冷處理；20件180℃油爐煮油1h，取出后待零件表面預(yù)冷到60℃左右投入水中冷卻，使

零件溫度快速降到室溫與其余產(chǎn)品一同進(jìn)行冷處理；剩余零件28件按原工藝進(jìn)行，即在鐵板上攤開自然冷卻到室溫，該過程2～2.5h，待自然冷卻的零件達(dá)到室溫后（用紅外線點(diǎn)溫計(jì)測量），

將幾種方案處理的零件分別作好標(biāo)識后放入保溫桶底部，倒入干冰和酒精（酒精必須淹沒零件），冷處理1h。冷處理后將零件取出攤開在空氣中自然回升到室溫后再進(jìn)入油爐回火，這個(gè)過程3

～4h，回火后噴砂、磁粉探傷檢查裂紋，并對每種工藝方案破試零件檢測金相組織。

5.消減裂紋的改進(jìn)措施
根據(jù)*次驗(yàn)證的結(jié)果，淬火后冷處理*℃開水預(yù)回火1h與180℃油爐預(yù)回火1h均取得了相同的結(jié)果，但100℃開水預(yù)回火1h消減應(yīng)力的效果不如180℃油爐預(yù)回火1h，故選定“淬火＋180℃

油爐預(yù)回火1h＋冷處理＋回火”工藝方案。為確保產(chǎn)品終獲得極少量殘留奧氏體，保證尺寸穩(wěn)定性，對淬火工藝及淬冷至冷處理的時(shí)間間隔作了一些改進(jìn)，并進(jìn)行了第二次、第三次工藝驗(yàn)

證試驗(yàn)。
（1）淬火工藝的改進(jìn)
資料介紹，GCr15鋼淬火溫度范圍在810～860℃，一般采用830～860℃，當(dāng)淬火溫度低于810℃，溶入奧氏體中的碳量僅為鋼中含碳量的37%，溶入奧氏體中的鉻量也僅為鋼中含鉻量的36%，從

而使得奧氏體中碳及鉻含量不足，達(dá)不到硬度及淬透性的要求，對鋼的強(qiáng)度和疲勞壽命十分不利。但若淬火溫度高于860℃，碳化物溶解過多，會(huì)引起過熱，使奧氏體晶粒粗大，淬火后得到粗

針狀馬氏體，造成殘留奧氏體的增加，導(dǎo)致強(qiáng)度、韌性和使用壽命降低。為盡量減少零件淬火后的殘留奧氏體量，將淬火溫度由（850±10）℃降為（840±10）℃，并適當(dāng)縮短保溫時(shí)間。這

樣可減少溶入奧氏體中的碳和合金元素，降低奧氏體的穩(wěn)定性，從而減少淬火后殘留奧氏體量。
（2）縮短淬冷到冷處理的時(shí)間間隔
冷處理效果取決于冷處理溫度和淬冷到冷處理的停留時(shí)間。冷處理溫度主要是根據(jù)鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變終止點(diǎn)（Mf）、淬火組織中殘留奧氏體含量、冷處理對力學(xué)性能的影響、零件的技術(shù)要求和

形狀復(fù)雜情況而定。GCr15鋼在加執(zhí)到正常淬火溫度后連續(xù)冷卻到低溫時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變終止點(diǎn)（Mf）在-70℃左右，低于Mf的深冷處理，對減少殘留奧氏體的效果并不明顯，不僅不能明顯減少

殘留奧氏體含量，還會(huì)加大零件內(nèi)應(yīng)力，引起超顯微裂紋，從而降低疲勞壽命和沖擊韌性，故此選用溫度可達(dá)-78℃干冰酒精溶液。
零件從淬冷到冷處理之間的停留時(shí)間越短，冷處理效果越好，停留時(shí)間過久，易出現(xiàn)殘留奧氏體的陳化穩(wěn)定，降低冷處理效果。但形狀復(fù)雜的零件淬冷到室溫后立即進(jìn)行冷處理會(huì)產(chǎn)生開裂，

對控制閥芯這種形狀復(fù)雜的零件來說，由于含鉻量高，淬透性好，加之它的殘留奧氏體不易趨于穩(wěn)定，故可采取“淬火+立即回火+冷處理+低溫回火”工藝規(guī)范。淬火工件冷處理前在常溫下允

許停留的時(shí)間決定于鋼的奧氏體穩(wěn)定化敏感程度，GCr15鋼屬中等殘留奧氏體穩(wěn)定化程度的鋼，在室溫下允許的停留時(shí)間為2～3h，為保證冷處理效果，經(jīng)試驗(yàn)，閥芯從淬冷到180℃油爐預(yù)回火

1h再水冷進(jìn)入冷處理*可控制在2h以內(nèi)，比較大限度地減少殘留奧氏體的陳化穩(wěn)定。
冷處理后零件放在空氣中恢復(fù)到室溫后立即進(jìn)行回火，否則也會(huì)導(dǎo)致零件開裂。一般從深冷處理后至回火的停留時(shí)間不應(yīng)超過4h。
（3）回火工藝的改進(jìn)
GCr15鋼淬火組織中存在兩種亞穩(wěn)定組織—馬氏體和殘留奧氏體，有自發(fā)轉(zhuǎn)化或誘發(fā)轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定組織的趨勢。同時(shí)，零件在淬火后處于高應(yīng)力狀態(tài)，在長時(shí)間存放或使用過程中，容易引起尺寸

改變，喪失精度，甚至開裂。而回火可以消減殘留應(yīng)力，防止開裂，并能使亞穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Ψ€(wěn)定的組織，從而穩(wěn)定尺寸，提高韌性，獲得良好的綜合力學(xué)性能。GCr15鋼經(jīng)-78℃，1h深

冷處理后在200℃左右回火6h以上可將殘留奧氏體量控制在3%左右，所以為獲得極少量的殘留奧氏體量，保證零件尺寸穩(wěn)定性，在保證硬度要求的前提下將回火溫度提高到200℃，并進(jìn)行兩次

回火，回火時(shí)間延長到8h，使其尺寸更加穩(wěn)定。

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