|
案例分析 01 案例分析1 材料名称：45钢 处理状态：700℃保温15min水淬 侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液  图1 45钢700℃加热水淬组织 400X 组织说明：图1所示的淬火组织，由白色不规则多边形的铁素体及片状珠光体、点状珠光体组成。该试样本来是进行欠热淬火处理，因操作上的失误，把加热温度调节到了700℃，而保温时间和冷却方式仍然采用淬火工艺。 45钢在Ac1以下较高温度加热时，珠光体中的渗碳体将发生球化，可形成粒状珠光体。但是该试样由于保温时间较短，部分珠光体中的渗碳体破碎成点状后还未聚集长大就进行水冷，所以就形成了部分点状珠光体。其硬度值和退火组织的相近。 02 案例分析2 材料名称：45钢 处理状态：760℃保温15min水淬 侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液  图2 45钢欠热淬火组织 400X 组织说明：图2a所示组织为较多白色多角状及块状未溶铁素体、少量沿晶界析出的黑色托氏体及灰白色马氏体和残留奥氏体，硬度为30HRC左右；图2b所示组织为白色多角状未溶铁素体、少量深色板条马氏体及灰白色马氏体和残留奥氏体，硬度为43HRC左右；图2c所示组织为白色多角状未溶铁素体、深色板条马氏体和片状马氏体及残留奥氏体，硬度为53HRC。 图2所示为同一加热炉中欠热淬火试样的显微组织。实验共分三组，欠热淬火时，每组之间为了不混淆，分别把试样放在了炉膛中的不同位置，使同炉中的试样温度有所不同，最后造成了硬度和组织上的差异。在400倍显微镜下马氏体长度可达7mm。 理论上45钢的Ac1为724℃、Ac3为780℃，欠热淬火加热温度处于两相区，显微组织为奥氏体和未溶铁素体，未溶铁素体的量和加热温度高低及保温时间长短有关。加热温度越接近于Ac3，未溶铁素体的量越少，其形态和量的多少有关。量多时，有多角状也有块状；量少时，基本上是多角状并分布于晶界处。在淬火冷却时，这些未溶铁素体不发生转变而被保留下来。同时，由于淬火温度低、保温时间短。奥氏体均匀化程度差，局部区域在冷却时发生了托氏体转变。 03 案例分析3 材料名称：45钢 处理状态：830℃保温15min水淬 侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液  图3 45钢830℃加热淬火组织 400X 组织说明：图3所示的淬火组织为中碳马氏体及白色残留奥氏体。马氏体的形态实际为板条状和片状的混合体，平均硬度为60HRC左右。在400倍显微镜下马氏体长度可达10mm。 04 案例分析4 材料名称：45钢 处理状态：840℃保温25min水淬（一） 侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液  图4 45钢840℃加热淬火组织（1）400X 组织说明：图4所示的淬火组织为中碳马氏体及白色残留奥氏体，平均硬度为60HRC左右。在400倍显微镜下马氏体长度约为12mm。 05 案例分析5 材料名称：45钢 处理状态：840℃保温25min水淬（二） 侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液  图5 45钢840℃加热淬火组织（2） 400X 组织说明：图5所示的淬火组织为极少量沿晶界分布的白色断续网状先共析铁素体及黑色淬火托氏体，淬火中碳马氏体和白色残留奥氏体基体，平均硬度为53HRC左右。 图5所示试样和图4的试样在同一炉中加热，按先后顺序在水中淬火。有个别试样在淬火后的组织中出现了非马氏体组织，性能上表现为硬度不均匀，有托氏体的区域硬度较低，无托氏体的区域为正常的淬火硬度。硬度不足使工件表面的耐磨性降低，特别是疲劳性能显著下降。 淬火工件中出现非马氏体组织的原因有很多，如淬火冷却介质搅动不充分，工件在淬火冷却介质中移动不够，或者工件表面浸入介质的方向不对时，往往延迟了工件表面某些部位的蒸汽膜破裂，导致该处冷却速度降低，出现高温分解产物，形成软点或局部硬度下降。水的蒸气膜比盐水的稳定，因此，软点更易在水淬的工件上形成。水和水溶液的温度越高，越容易产生软点；淬透性较差的碳钢当工件截面较大时容易出现软点；工件表面不洁净，如有铁锈、污渍、表面氧化皮及炭黑等，也会造成淬火后出现局部硬度偏低的现象。 加热不足也会导致淬火工件硬度不足，但冷却不当是淬火工件硬度不足更常见的原因。工件出炉后至淬火前停留时间过长、冷却介质选择不当或冷却介质温度控制偏高导致其冷却能力不够、淬火后工件从冷却介质中提出时温度过高等，均可能使过冷奥氏体在冷却曲线的珠光体区域发生分解，形成铁素体和托氏体等非马氏体组织，使工件的硬度不足。 06 案例分析6 材料名称：45钢 处理状态：840℃保温25min油淬 侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液  图6 45钢840℃加热淬火组织（3）400X 组织说明：图6所示的淬火组织由沿晶界析出的白色网状先共析铁素体、深色细片状珠光体（淬火托氏体）、黑色羽毛状上贝氏体及灰白色马氏体和残留奥氏体组成，硬度为30HRC左右，晶粒大小不均匀，在400倍显微镜下晶粒度评定为8-9级。 45钢淬透性比较差，由于油的冷却能力低于45钢的临界淬火冷却速度，所以油冷时，在奥氏体晶界上析出白色网状先共析铁素体，随后依次形成托氏体、羽毛状上贝氏体、马氏体及残留奥氏体。 07 案例分析7 材料名称：45钢 处理状态：850℃保温20min水淬 侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液  图7 45钢850℃加热淬火组织 400X 组织说明：图7所示为淬火组织为中碳马氏体及白色残留奥氏体，平均硬度为60HRC左右，在400倍显微镜下马氏体长度可达15mm。 08 案例分析8 材料名称：45钢 处理状态：880℃保温30min水淬 侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液  图8 45钢880℃加热淬火组织（1） 400X 组织说明：图8所示淬火组织为粗大中碳马氏体及白色残留奥氏体，平均硬度为58HRC左右，在400倍显微镜下马氏体长度可达35mm。 45钢的正常淬火温度一般不超过850℃。温度越高，晶粒越大，奥氏体的稳定性相对提高，淬火后残留奥氏体量相对增多，硬度有所降低。 09 案例分析9 材料名称：45钢 处理状态：880℃保温30min油淬 侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液  图9 45钢880℃加热淬火组织（2） 400X 组织说明：图9所示淬火组织由沿晶界析出的白色细网状先共析铁素体、深色细片状珠光体（淬火托氏体）、羽毛状上贝氏体、灰白色马氏体和残留奥氏体组成。 由晶界白色细网状先共析铁素体的形成可以看出，奥氏体晶粒比较粗大。此试样在400倍显微镜下晶粒度评定为6-7级。 10 案例分析10 材料名称：45钢 处理状态：900℃保温25min水淬（一） 侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液  图10 45钢900℃加热淬火组织（1）400X 组织说明：图10所示淬火组织为深色中碳马氏体及白色残留奥氏体，平均硬度为58HRC左右，在400倍显微镜下马氏体长度可达40mm。 由于淬火加热温度比较高，奥氏体中碳的分布也比较均匀，淬火后获得了粗大的马氏体及较多的残留奥氏体，所以硬度有所降低。 11 案例分析11 材料名称：45钢 处理状态：900℃保温25min水淬（二） 侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液  图11 45钢900℃加热淬火组织（2）400X 组织说明：图11所示的淬火组织由沿晶界析出的白色细网状先共析铁素体、黑色淬火托氏体、淬火中碳马氏体及残留奥氏体组成。 图11所示试样与图10为同炉加热，一方面可能因为淬火后期随着水温的升高，其冷却能力降低，使得淬火组织中出现了沿晶界析出的非马氏体组织；另一方面可能由于奥氏体中化学成分的均匀化程度较差，在淬火冷却时，局部区域的冷却速度相对较小，首先沿奥氏体晶界析出了白色细网状先共析铁素体，在铁素体周围形成了黑色淬火托氏体，最后形成马氏体及残留奥氏体。试样在400倍显微镜下晶粒度评为6-7级，硬度约为54HRC左右。 12 案例分析12 材料名称：45钢 处理状态：900℃保温25min油淬 侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液 图12 45钢900℃加热淬火组织（3）400X 组织说明：图12所示的淬火组织由沿晶界析出的白色细网状先共析铁素体、黑色淬火托氏体，深色羽毛状上贝氏体，粗大淬火中碳马氏体及残留奥氏体组成，平均硬度为35HRC左右，在400倍显微镜下晶粒度评为5-6级。 13 案例分析13 材料名称：45钢 处理状态：930℃保温15min水淬 侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液 图13 45钢930℃加热淬火组织 400X 组织说明：图13所示淬火组织为粗大中碳马氏体及残留奥氏体，平均硬度为58HRC左右，在400倍显微镜下马氏体长度可达70mm。 14 案例分析14 材料名称：45钢 处理状态：920℃保温20min水淬 侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液 图14 45钢920℃加热淬火组织 400X 组织说明：图14所示淬火组织为淬火中碳马氏体及残留奥氏体。 由于加热温度高、保温时间相对较短，所以晶粒大小不一、晶界清晰。在400倍显微镜下晶粒度最大可达5级。混晶现象的出现将使工件的淬火应力增加，淬裂倾向增大。 结束语 本期文章和大家分享了以45钢为例，加热温度从700℃到930℃区间的淬火组织，从中也可以发现许多日常工作中经常碰见的缺陷组织。那么，通过这期文章的介绍，大家可以发现加热温度、保温时间、冷却介质对工件的组织和性能影响很大，选择合理的淬火温度、保温时间、冷却介质非常重要。 文章来源：理化检验 |
|
|
