金屬熱處理過程中的硬度、力學性能及組織不合格問題解析

更新時間：2024-01-18 點擊次數：333次

金屬材料的硬度與其靜拉伸強度和疲勞強度存在一定的經驗關系，并與金屬的冷成形性、切削加工性和焊接性能等加工工藝性能存在某種程度的關系；硬度試驗不損壞工件，測試簡單，數據直觀，故而被廣泛用作熱處理工件的最重要的質量檢驗指標，不少工件還是其唯一的技術要求。

1-細針馬氏體  2-淬火托氏體  3-珠光體

淬火介質攪拌不充分，工件在淬火介質中移動不夠或者工件進入介質方向不對時，往往延遲了工件表面某些部位的蒸汽膜破裂，導致該處冷卻速度降低，從而出現高溫分解產物，形成軟點或局部硬度下降。水蒸氣膜比鹽水穩定，因此軟點更易在水淬的工件上形成。水和水溶液的溫度越高越容易產生軟點。

淬透性較差的碳鋼，工件截面較大時容易出現軟點。工件表面不清潔，如有鐵銹、碳黑等，也會造成淬火后出現硬度偏低的現象。

1.2 硬度不足

加熱不足往往會導致淬火件硬度不足。但冷卻不當卻是工件硬度不足的常見原因。工件出爐后至淬火前預冷時間過長，冷卻介質選擇不當或冷卻介質溫度控制偏高，導致冷卻能力不夠，工件表面有氧化皮或附著鹽液，淬火后工件從淬火介質中提出時溫度過高，均可能導致過冷奧氏體在 C 曲線的珠光體轉變區域發生分解，形成索氏體和托氏體等非馬氏體組織使工件硬度不足。

淬火組織中存在大量殘余奧氏體是淬火工件硬度不足的重要原因。殘余奧氏體量與奧氏體化學成分有關，含碳量大于 0.5%~0.6% 時，淬火組織中即可明顯的觀察到殘余奧氏體的存在，繼續增加碳含量，殘余奧氏體量急劇上升，碳的質量分數為1.4%時，殘余奧氏體量（體積分數）達 30%。

凡是以置換方式固溶于奧氏體的合金元素皆引起殘余奧氏體量的增多。殘余奧氏體量較少時，對硬度沒有明顯影響，殘余奧氏體量較多時，將導致硬度下降，體積分數 20% 的殘余奧氏體將使淬火硬度下降約 6.5HRC 。

1.3 高頻淬火和滲碳工件的軟點和硬度不足

高頻淬火工件的軟點包括表層局部沒有淬硬的殘留軟點和硬化層深度不均勻的深度軟點兩種。這些硬度缺陷由于材料選擇不當，原始組織不良，高頻淬火加熱的電參數、感應器和冷卻裝置不當等因素所造成的。

高頻淬火多用于中碳結構鋼和低碳中合金結構鋼，由于高頻淬火加熱是快速加熱，奧氏體中的碳來不及通過擴散而未充分均勻化，因此，含有Cr、Mo、W、V等碳化物形成元素的鋼，由于相變點較高，高頻感應加熱淬火時，易產生軟點和硬度不均勻，選擇高頻淬火用鋼時，應考慮上述元素不要超過一定含量。

鋼中碳化物類型、形態、尺寸及分布對高頻淬火工件的質量有顯著影響。鋼中有網狀碳化物、碳化物尺寸過大并分布不均勻時，易產生硬度不均勻和硬度不足等缺陷。因此高頻淬火受預先熱處理的影響很大，高頻淬火最佳原始組織是調質處理的回火索氏體。

高頻感應圈不均勻時，也會導致淬火硬度不足，噴射角度不當，噴射孔大小、數量位置不合理或噴孔被堵塞時，往往導致高頻淬火工件硬度不足或形成軟點。

滲碳工件硬度不足和軟點多由滲碳不足、淬火時脫碳、淬火溫度過低、淬火冷卻速度不足、表面殘余奧氏體量過多、回火過度、工件表面不清潔、滲碳不均勻或冷卻不均勻造成。

工業上用的最廣泛的有色金屬是鋁、銅、鎂、鈦及其合金。有色金屬與鋼鐵的熱處理原理相同，但是有其自身的特點。例如，共析轉變對鋼的熱處理有重要作用，但在有色金屬中就很少遇到；馬氏體轉變是鋼鐵材料賴以強化的主要手段，但除了少數銅合金和鈦合金外，其他有色金屬一般不能通過馬氏體轉變強化。

有色金屬常用的熱處理工藝是均勻化退火、再結晶退火、去應力退火、固溶處理和時效處理。固溶時效是有色金屬最常用的也是最重要的熱處理強化工藝。