热处理实习案例分析

40Cr钢淬火冷却方式对其性能的影响张洪美案例一：材料的性能并不单纯取决于材料的种类和成分，通过热处理改变材料内部的组织，将大幅度改变材料的性能。这不，今天我参与了整个淬火的工艺操作，将直径是¢100的40Cr钢加工的销轴装炉加热，加热到850ºC±10ºC，保温180—200分钟，然后出炉。先放在空气中冷却大约2-3分钟，眼见工件开始由红变黑，然后迅速放入二硝水溶液中快速冷却，直到冷却均匀为止。如下图：然后取出喷水继续冷却。如下图：改变了以前水淬油冷的方式，这样才能满足工件经过淬火回火后具有高的弹性极限、屈服点、和适当的韧性及抗疲劳能力，特别是硬度要求达到42-47HRC。案例分析：1、为了提高硬度采取的方法，主要形式是通过加热、保温、冷却。而冷却起着决定性的作用；2、淬火最理想的冷却曲线应该是：3、最常用的淬火冷却介质是水和油、盐水。工人师傅没有按照教材中所述用水和油作淬火介质，虽然水是应用最为广泛的淬火介质，它不仅廉价易得，而且具有较强的冷却能力。但它的冷却特性并不理想。在需要快冷的650～500℃范围内，它的冷却速度较小；而在Ms点附近要慢冷时，它的冷速又太快，易使零件产生变形，甚至开裂。因此只能用做尺寸较小、形状简单的碳钢零件的淬火介质。油只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。对于40Cr制造的销轴水淬，硬度达不到要求。4、而工厂用自己配制的盐水（亚硝酸钠、硝酸钠和水按2：3：5的比例配成的二硝水溶液）淬火，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但快冷势必要造成很大的内应力，易使工件变形严重，甚至发生开裂。为了防止工件开裂，工人师傅采取了慢—快—慢的冷却方式，就是案例中的空气—盐水—水。这是根据上图中钢的理想淬火冷却曲线自我设计的方案。只能说此法比以前改进了很多，能够满足该钢的使用要求。5、存在的问题是：（1）操作中时间的严格控制是很难做到的，只是凭经验；（2）盐水的使用也只是处于摸索和经验阶段，在实际中，直到目前为止，还没有找到一种淬火冷却介质能符合这一理想淬火冷却速度。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，只有在不断地实践中，不断地探索，总结经验，不断改进，力争做的更好。40Cr钢回火脆性的防止方法张洪美案例二：今天是我实习的第三天，下午一点半，我准时到了车间报道。一进车间，我便看到师傅们在忙上了。他们正把井式电阻炉中回火的40Cr钢做成的销轴从回火炉（井式电阻炉）内取出，然后迅速地喷水冷却。我急忙申请自己操作。（如下图所示）我边操作边带有些许疑惑：对40Cr钢做成的销轴进行850ºC±10ºC淬火后采用的是中温回火，回火温度是380ºC±10ºC，然后空气冷却就是了。而在实际操作中，回火以后又采用了水冷的措施，这是在教材中不曾讲述的。与理论也有一定的差距，而这样做的目的是什么呢？我带着疑问，在参与操作中请教师傅，使我茅塞顿开，原来是为了防止材料产生硬度不足，防止出现韧性下降（回火脆性）的现象，从而防止达不到销轴的使用要求。这是长时间的经验所得。案例分析：钢淬火以后，一般很少使用，都要进行回火处理。40Cr钢做成的销轴是用于装载机上的动臂后销轴、举升缸后销轴等，技术要求是：具有高的弹性极限、屈服点、和适当的韧性及抗疲劳能力，硬度要求达到42-47HRC。怎样才能既保证硬度又能提高韧性呢？措施就是我看到的上面的一幕。而这种喷水冷却就是为了防止材料出现回火脆性。1、回火脆性是指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。2、淬火钢在回火时，随着回火温度的升高，硬度降低，韧性升高，但是在许多钢的回火温度与冲击韧性的关系曲线中出现了两个低谷，一个在250—350℃之间，另一个在450—650℃之间。随回火温度的升高，冲击韧性反而下降的现象，回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。3、第一类回火脆性又称不可逆回火脆性，低温回火脆性，主要发生在回火温度为250～350℃时，几乎所有的钢都存在这类脆性。目前尚无有效办法消除这类脆性，故也称为不可逆脆性。为了避免这类脆性发生，一般不在这个温度范围内回火。如果根据技术要求，必须在脆性温度范围内回火时，可采取等温淬火代替，或者改用使脆化温度移向高温度的含硅钢种。第二类回火脆性又称可逆回火脆性，高温回火脆性。发生的温度在接近400～650℃，具有可逆性；与回火后的冷却速度有关；回火保温后，缓冷出现，快冷不出现。4、工人师傅采用380ºC±10ºC回火，从理论上讲，避开了第一类回火脆出现的机会。但因为是40Cr材料，由于Cr这种合金元素的存在，将会调整回火温度的范围，使其推向高温。所以回火后用水快速冷却，既防止了第二类回火脆的发生，又使硬度得到了保证。启示：1、如果根据技术要求，必须在第一类脆性温度范围内回火时，可采取等温淬火代替；另外，淬火前先正火，细化晶粒，这样可以保证硬度，淬火温度可适当降低，亚温淬火可成倍地提高工件的冲击韧性。2、出现第二类脆化后可重新加热后快冷消除。（比如重新加热后喷水冷却）