王克虎，李艷麗

（石家莊探礦機(jī)械廠，河北 石家莊 050081）

熱處理通常是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成的。大多數(shù)熱處理過(guò)程，首先必須把鋼加熱到奧氏體狀態(tài)，然后以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s以獲得所期望的組織和性能。把鋼加熱獲得奧氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程稱(chēng)為“奧氏體”化，奧氏體的形成過(guò)程由四個(gè)基本過(guò)程組成：奧氏體形核、奧氏體長(zhǎng)大、剩余滲碳體的溶解和奧氏體成份均勻化。而近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的中頻熱處理，是以零保溫理論為基礎(chǔ)的，由普通的熱處理三個(gè)階段減少了保溫階段，從而使鋼的奧氏體化進(jìn)行的不完全。雖然零保溫理論在學(xué)術(shù)界還存在爭(zhēng)議，但中頻熱處理以其投資小、見(jiàn)效快的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)倍受中小企業(yè)的青睞，尤其適用于鉆鋌等長(zhǎng)桿類(lèi)工件的調(diào)質(zhì)處理。

圖1 中頻調(diào)質(zhì)示意圖

1 中頻調(diào)質(zhì)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題及原因分析

1．1 淬透性不足

造成此類(lèi)現(xiàn)象和原因不外乎以下幾種情況：

（1）加熱不足。中頻加熱速度快，一般不進(jìn)行保溫，先共析相不能充分溶解，中頻加熱表面淬火按正常溫度進(jìn)行淬火會(huì)表現(xiàn)為加熱不足。在利用中頻加熱進(jìn)行表面處理時(shí)可采用較高的淬火加熱溫度來(lái)加速先共析相的溶解。但利用中頻加熱對(duì)工件進(jìn)行整體淬火時(shí)溫度過(guò)高，熱應(yīng)力增高，易造成淬火開(kāi)裂。

（2）中頻加熱是利用電磁感應(yīng)原理，在工件表面產(chǎn)生的渦流對(duì)工件進(jìn)行加熱，但渦流在被加熱工件中的分布由表面至心部呈指數(shù)規(guī)律遞減。因此而造成工件的內(nèi)外溫度差異，致使內(nèi)部淬火實(shí)際溫度偏低。中頻調(diào)質(zhì)時(shí)電流頻率可依據(jù)被加熱工件厚度按下式進(jìn)行計(jì)算：／

式中：δ——電流透入深度，mm；

f——電流頻率，Hz。

另外，材料本身淬透性較差，淬火介質(zhì)冷卻能力不足也是造成淬透性不足的重要原因。

1．2 硬度、強(qiáng)度合格而沖擊功偏低

金相檢驗(yàn)時(shí)，組織經(jīng)常呈以下缺陷形式：

（1）晶粒較粗大并伴生晶間顯微裂紋。這往往是由于加熱溫度較高以及淬火介質(zhì)冷卻特性不好。工件加熱溫度過(guò)高造成淬火熱應(yīng)力增加，并使晶粒粗化，淬火形成粗大針狀馬氏體。淬火介質(zhì)冷卻特性不好，在650℃以上和400℃以下Ms點(diǎn)附近等應(yīng)當(dāng)緩冷的區(qū)域冷速過(guò)快，增大了組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力，產(chǎn)生晶間顯微裂紋并增加開(kāi)裂傾向，也降低了沖擊韌性。

1) 此故障診斷過(guò)程中在燃油泄漏報(bào)警故障沒(méi)有發(fā)出報(bào)警信號(hào)的情況下，柴油機(jī)油耗率起到關(guān)鍵性作用，極大地縮小故障診斷范圍，有效地提高故障診斷效率。因此，船舶能效管理系統(tǒng)中的柴油機(jī)燃油消耗率能夠在指導(dǎo)優(yōu)化船舶能耗的同時(shí)，也能夠?yàn)榇皺C(jī)械設(shè)備故障診斷提供有效依據(jù)。

（2）存在較多量的上貝氏體和塊粒狀鐵素體，鐵素體沿晶成網(wǎng)狀或趨網(wǎng)狀分布。這是由于工件淬火時(shí)進(jìn)入冷卻介質(zhì)時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)或大工件心部淬不透。造成塊狀鐵素體沿晶界析出并在隨后的冷卻過(guò)程中析出上貝氏體組織。調(diào)質(zhì)硬度可通過(guò)控制回火溫度來(lái)加以控制，而強(qiáng)度和硬度又有如下近似關(guān)系：Rm約等于3．3倍的布氏硬度值，所以在做拉伸試驗(yàn)時(shí)，材料強(qiáng)度并沒(méi)有明顯影響。但這種缺陷組織的存在，沖擊功明顯偏低。

（3）最常見(jiàn)的組織缺陷是回火索氏體加帶狀分布的鐵素體。這在中頻熱處理中是比較突出的問(wèn)題。中頻熱處理以零保溫為其理論基礎(chǔ)，將奧氏體化的四個(gè)基本過(guò)程減少了最后的一個(gè)甚至二個(gè)過(guò)程，使原材料組織缺陷及成分偏析依然保留在淬、回火后的組織中。這種帶狀組織并不影響宏觀的硬度和縱向的屈服和抗拉強(qiáng)度，但對(duì)沖擊韌性卻有較大影響。

2 改進(jìn)中頻調(diào)質(zhì)的措施

針對(duì)所產(chǎn)生的上述問(wèn)題及原因，要做好中頻調(diào)質(zhì)，需從以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)：

（1）選用淬透性較高的材料，以保證工件淬火后得到馬氏體或下貝氏體組織；

（2）采用高溫加熱降溫淬火。這樣既加速了先共析相的溶解又減小淬火熱應(yīng)力，有效防止淬火開(kāi)裂；

（3）依工件厚度采用合適的加熱頻率。使工件均勻受熱；

（4）根據(jù)材料選擇合適的淬火介質(zhì)；

（5）在合適的位置設(shè)置噴淋裝置，控制工件淬火溫度；

（6）對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行改造，加裝保溫裝置，使工件燒透并促進(jìn)奧氏體成分均勻化。

3 改進(jìn)中頻調(diào)質(zhì)后所能達(dá)到的預(yù)期效果

只有在中頻調(diào)質(zhì)過(guò)程中充分考慮到以上條件，被處理工件經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)后才能達(dá)到預(yù)期的效果?，F(xiàn)以我廠經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)后改進(jìn)的工藝舉例說(shuō)明。

工件外形尺寸：φ159×φ72×6000mm

原材料：4145H

（1）化學(xué)成分

元素C Mn Cr Mo Si P S Cu W／%0．47 1．05 1．10 0．18 0．20 0．013 0．006 0．11

（2）根據(jù)GB225－88對(duì)材料進(jìn)行淬透性試驗(yàn)，其結(jié)果為：J58／1．5；J56／25；J49／50。

（3）根據(jù)GB10561－2001對(duì)原材料進(jìn)行夾雜物評(píng)定：

類(lèi)別粗系 細(xì)系A(chǔ) B C D A B C D級(jí)別1．0 1．0 0 0 2．0 1．0 0 0

（4）根據(jù)GB6394－2002標(biāo)準(zhǔn)該原材料晶粒度為8級(jí)。

（5）該材料供應(yīng)狀態(tài)為退火態(tài)，組織為珠光體＋鐵素體，如圖2。

圖2

綜合上述情況：該工件壁厚43．5mm，壁厚較大，含有較高的提高淬透性的 Mn、Cr、Mo元素，淬透性較高。組織相對(duì)較均勻，適合于淬火處理。

現(xiàn)設(shè)定淬火處理工藝：工件行走速度0．17m／min；加熱中頻頻率180 Hz，加熱溫度880℃。保溫中頻頻率400 Hz，工件在保溫后入水溫度780℃。中頻加熱厚壁工件應(yīng)盡量選用較低頻率以使工件燒透，為使工件溫度均勻加熱后應(yīng)留有一定的保溫時(shí)間，使高溫的外層熱量向內(nèi)層有充分的傳導(dǎo)時(shí)間。后邊的保溫中頻實(shí)際上是兼有保溫和控溫的雙重作用，既能促進(jìn)溫度的均勻化又能使入水溫度不致過(guò)高而導(dǎo)致開(kāi)裂。

淬火后還應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行合理的回火，以達(dá)到工件所要求的強(qiáng)韌性，現(xiàn)制定回火工藝如下：工件行走速度0．17m／min；加熱中頻頻率110Hz，加熱溫度620℃，保溫中頻400 Hz，保持溫度在620℃。

經(jīng)過(guò)此工藝處理的工件，自管體圓周方向120度三等分的壁厚中間取直徑12．7mm標(biāo)距50．8mm的拉伸試樣和10×10×55的標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣分別在WAW－300C萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和JB－300沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如下表：

1＃ 2＃ 3＃標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度Rm，MPa 1090 1050 1080 ≥965屈服強(qiáng)度Rp0．2，MPa 1040 990 1020 ≥758伸長(zhǎng)率 A，% 17．0 16．0 16．5 ≥13．0斷面收縮率Z，%57．0 53．0 53．0沖擊功Akv，J 124 92 120 平均≥54，單件≥47

各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到API SPEC 7－1標(biāo)準(zhǔn)要求。

將工件取全截面進(jìn)行低倍和金相分析，結(jié)果見(jiàn)圖3和圖4。

圖3

圖4

從圖3可以看出組織中從管體的外徑向內(nèi)約20mm范圍內(nèi)為均勻的回火索氏體，再向內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)鐵素體，并向內(nèi)徑方向依次增多。圖4為壁厚中間處的調(diào)質(zhì)組織為回火索氏體加少量的鐵素體，符合GB／T13320－1991標(biāo)準(zhǔn)3級(jí)要求。

綜上所述：經(jīng)過(guò)對(duì)中頻調(diào)質(zhì)工藝進(jìn)行改進(jìn)后各項(xiàng)指標(biāo)均超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)要求，取得了較好的效果。

（略）