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鋼中微量元素對熱處理工藝的影響
發(fā)布時間：2014-03-26
發(fā)布者：張力
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　　微量元素是指鋼中以雜質(zhì)形式存在的金屬或非金屬元素。鋼材生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)中對這些元素的含量有嚴(yán)格的限制。本文討論的是在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的微量元素對熱處理工藝的影響。
 
1、微量元素對35 鋼淬透性的影響
　　35 鋼零件在熱處理中出現(xiàn)變形、開裂是常見的。造成事故的諸因素中, 有時微量元素起主導(dǎo)作用。它們能明顯地影響35 鋼的淬透性。表1 所示為的35 鋼試樣化學(xué)成分, 試樣正火處理后, 經(jīng)870℃ 加熱, 保溫(網(wǎng)帶運(yùn)轉(zhuǎn)時間)60 m in , 每組2 件分別在流動水和循環(huán)油中淬火。
 
         表1             35 鋼試樣化學(xué)成分( W %)
                序號
            C
            Si
            Mn
            Cr
            B
        
            1
            0.37
            0.22
            0.64
            0.25
            0.0008
        
            2
            0.33
            0.25
            0.61
            0.085
            0.0009
        
            3
            0.365
            0.24
            0.65
            0.26
            0.0075
        
            4
            0.34
            0.21
            0.59
            0.09
            0.001
        

　　圖l 是試樣淬火后橫截面上的硬度的分布情況。從表1 和圖1 可見, 由于1 號試樣含鉻明顯高于2 號, 其硬度分布曲線明顯偏高, 尤其是心部硬度高出7H R C 。在油中淬火的3 、4 號試樣, 硬度曲線亦明顯不同, 其表面硬度3 號較4 號高8HRC。
              1 、2 號試樣水淬， 3 、4 號試樣油淬      

2、微量元素對SWRCH35K鋼A c 3 點(diǎn)的影響
　　據(jù)文獻(xiàn)介紹,SWRCH35K鋼的最低淬火溫度可選用805℃,淬火硬度仍可保持在48HRC 以上；采用870℃淬火, 馬氏體并不粗大, 也未發(fā)現(xiàn)變形開裂。在處理SWRCH35K鋼GB/T5782M12X90時, 有時820 ℃ 淬火亦出現(xiàn)裂紋；有時8 40℃淬火, 硬度卻不足。曾用890℃加熱淬火試驗, 經(jīng)認(rèn)真檢查并未發(fā)現(xiàn)裂紋, 組織亦屬正常。經(jīng)成分驗證, 微量元素及含碳量都在下限。表1是 試樣化學(xué)成分(% )。

3、微量元素對SWRCH25K鋼回火穩(wěn)定性的影響

　　GB/T70.1M14X50, 其材質(zhì)為SWRCH25K。在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中, 經(jīng)常出現(xiàn)用同一工藝參數(shù)處理的螺釘硬度值相差很大。從操作及設(shè)備檢查, 經(jīng)多次試驗分析, 證明造成此問題的原因是微量元素的影響引起的。

　　由表2 可見, 1、2 號試件含鉻、硼高, 淬火后硬度及回火后硬度高,說明鉻、硼增加鋼的回火穩(wěn)定性。要使其回火硬度達(dá)到要求的數(shù)值, 需提高回火溫度。
 
             表2      SWRCH25K鋼化學(xué)成分(% )
                編號
            1
            2
            3
            4
            5
            6
        
            淬火硬度
880℃/HRC
            46.5
            46
            44
            44
            45
            45.5
        
            回火硬度440℃/HRC
            28.5
            27.5
            26
            25.5
            26
            26.5
        
            C %
            0.28
            0.285
            0.24
            0.245
            0.23
            0.25
        
            Si %
            0.27
            0.265
            0.255
            0.25
            0.26
            0.22
        
            Mn %
            0.485
            0.46
            0.51
            0.48
            0.51
            0.49
        
            Cr %
            0.19
            0.19
            0.07
            0.0045
            0.045
            0.06
        
            B %
            0.0007
            0.0008
            0.0006
            0.0003
            0.0004
            0.0003
        
 
4、微量元素導(dǎo)致開裂

　　文獻(xiàn)指出, 碳、鉻含量都在規(guī)定值的上限時就能引起零件淬火后開裂。冬季我們在處理GB/T5783M12X45時, 出現(xiàn)了批量淬火裂紋。其材質(zhì)為35 鋼。試驗時發(fā)現(xiàn), 該批料中有一個爐號, 840℃ 加熱油淬能達(dá)到50HRC以上, 金相組織為淬火馬氏體+ 殘留奧氏體, 心部為淬火馬氏體+ 托氏體。這說明12 m m 的直徑已淬透。而另一爐號在同樣的條件下則淬不上火。該批料出廠化驗單如表3 所示。
由表3可見, X爐號含鉻量高, 使淬透性有很大提高。因而按常規(guī)水溶液淬火時, 造成開裂。后按標(biāo)記把該爐號挑出來用快速油淬處理, 既避免了開裂, 又充分利用了材料。
 
          表3                  35鋼化學(xué)成分( W % )
                元素
            C
            Si
            Mn
            P
            S
            Ni
            Cr
            B
        
            爐
號
            1#
            0.33
            0.23
            0.58
            0.021
            0.012
            0.06
            0.22
            0.008
        
            2#
            0.35
            0.21
            0.57
            0.24
            0.008
            0.05
            0.07
            0.0055
        
 
　　鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度, 而鋼中微量元素能對臨界冷卻速度產(chǎn)生顯影響。錳對淬透性的影響最強(qiáng), 其次是鉻、鎳、硅。當(dāng)微量元素含量在很低的范圍內(nèi)變化時, 它們使鋼的臨界冷卻速度急劇下降,曲線很陡。當(dāng)超過某一數(shù)值后就變得平緩了。由于鋼中微量元素的存在, 使鋼的臨界冷卻速度明顯降低, 導(dǎo)致鋼的淬透性增高。在靠近心部區(qū)明顯偏高。另外, 由于微量元素(如C r )含量較高, 導(dǎo)致鋼的臨界冷卻速度明顯下降, 從而在具有較弱的冷卻能力的介質(zhì)中淬火時, 也可獲得滿意結(jié)果。
 
　　合金元素中能降低AC3點(diǎn)的元素有錳、鎳、碳、銅等, 另外當(dāng)Cr ≤7 % , B ≤0. 001%, 鉻和硼也是降低AC3點(diǎn)的元素,, 作為最常見的添加元素錳、鉻、鎳、硼等都是降低AC3 點(diǎn)的元素，而它們又都是強(qiáng)烈提高鋼淬透性的元素。這就不難解釋, 為什么有些35 鋼在800℃, 淬火效果仍然很好。

5、結(jié)語
　　(1) 中碳鋼中C r＜0.10 % 時, 一般對熱處理工藝無影響; 當(dāng)C r ≥0.10 % 時, 對熱處理結(jié)果有明顯影響; 當(dāng)C r＞0.20 % 時, 35 鋼件水淬的開裂傾向很大。
 
　　(2) 鋼中微量元素對熱處理的不利影響是可以避免的。只要充分了解原材料的成分、組織, 采用相應(yīng)的工藝參數(shù)及冷卻方法, 就不會影響緊固件的性能及鋼材的使用。
 
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序號	C	Si	Mn	Cr	B
1	0.37	0.22	0.64	0.25	0.0008
2	0.33	0.25	0.61	0.085	0.0009
3	0.365	0.24	0.65	0.26	0.0075
4	0.34	0.21	0.59	0.09	0.001
編號	1	2	3	4	5	6
淬火硬度 880℃/HRC	46.5	46	44	44	45	45.5
回火硬度440℃/HRC	28.5	27.5	26	25.5	26	26.5
C %	0.28	0.285	0.24	0.245	0.23	0.25
Si %	0.27	0.265	0.255	0.25	0.26	0.22
Mn %	0.485	0.46	0.51	0.48	0.51	0.49
Cr %	0.19	0.19	0.07	0.0045	0.045	0.06
B %	0.0007	0.0008	0.0006	0.0003	0.0004	0.0003
元素		C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	B
爐號	1#	0.33	0.23	0.58	0.021	0.012	0.06	0.22	0.008
爐號	2#	0.35	0.21	0.57	0.24	0.008	0.05	0.07	0.0055