热处理过程中的质量控制

热处理过程中的质量控制热处理过程中的全面质M控制是热处理质M管理的重要组成部分。热处理全面质M控制，就是对整个热处理过程中的一切影响零件热处理质M的因索实施全面控制，全过程全员参与热处理质M工作，把质M保证的重点从最终检验的被动把关，转移到生产过程当中的质M控制上来， 把零件热处理缺陷消灭在质M的 形成过程中。从而确保零件热处理质确保产品使用 的安全可靠和专命。热处理作为一种特殊工序，热处理全面质M控制的主要内容是作业技术和活动，也就是包括专业技术和管理技术两个方面。本旗所涉及的主要内容是常用热 处理设备及仪表控制、工艺材料及槽液控制、工艺过程控制、质M检验和产品缺陷及其控制等。控制，实际上是贯彻热处理技术标准的过程，只有严格执行标准，加强工艺纪律，才能获得高质M的热处理产品。2. 1待热处理工件的核查或验收为了确保热处理质M,工件进入热处理车间后首先应对热处理前的原始资料、工件外观、形状及尺寸进行核查或验收。通常这些项目都标注在相应的工艺技术文件或质M管理文件中，经验收合格后，才能进行热处理生产2. 1. 1原始资料原始资料包括待热处理工件的试验数据、供货状态、热处理前的加工方式和加工质M及预先热处理类型项目说明(1)待热处理件的试验数据；钢号化学成分。炼钢炉号拉伸试验数据。硬度试验数据 淬透性试验数据。 金相组织试验数据。品粒度、脱碳层深度，非金属夹杂物、微观及宏观组织(2)待热处理件的供货状态：铸造锻造热轧热挤压注明铸造工艺注明冷锻或热锻，必要时要注明锻造比冷拔项目说明(3)待热处理件热处理前的加士方式：切削方法及切削冲压或拉制冷轧或冷挤压焊接热校正或冷校正。进刀枇大的重切削有可能引起裂纹或成为淬裂的原因注明冷热加工状态注明焊接部位注明相对于基准尺寸偏差的校正M(4)待热处理件的预先热处理类型：正火(或正火回火)完全退火 球化退火 去应力退火 调质必要时应注明加热温度，保温时间，冷却方法注：对一般工件，有*号的项目可以省略2. 1. 1. 1待热处理件的试验数据1 ?化学成分 待热处理件的材质应符合国标或部标的规定，要对规定的项目进行验收，必要 时进行化学成分复查。因为热处理工艺参数的确定，主要取决于钢的化学成分。此外钢的化学成分还影响热处理工艺性能。例如：(1)碳钢中的Mn含M通常控制在甜(Mn) =0 . 25 %? 0. 8%E围内。在优质 碳素结构钢中， Mn含M可适当控制到中上限，以提高钢的淬趣性。在优质碳素工具钢中，镒含M控制严，上下波动范围小，因为镒M高时会增加钢的淬裂倾向。(2)杂质元素P, As。Sn, Sb等易在品界偏聚，增大回火脆性。2 .非金属夹杂物 钢中常见的非金属夹杂物主要是氧化物、硫化物、氮化物和硅酸盐。严重的非金属夹杂物经轧制或锻造后形成带状分布，出现各向异性， 不但降低钢的力学性能，而且淬火时引起畸变，沿非金属夹杂物方向易产生纵向裂纹。3 .偏析钢中的枝品偏析和区域偏析，影响钢的热加工质尤其工具钢中碳化物分布不均， 热加工后形成带状组织,造成力学性能的各向异性，降低钢的 塑性、韧性和耐磨性。热处理时易过热，增大畸变开裂倾向，引起回火不足，降低钢的红硬性。2 1 1 2 热处理前的供货和加工状态热处理前的供货和加工状态可能是铸造、锻造、热挤压、冷拔、切削和焊接等。它们的许多质量缺陷对热处理质量有影响。如铸件中的缩孔、夹渣；锻件中 的折叠、带状组织；焊接件中的层状 撕裂、气孔；机械加工中形成的变质层等， 在热处理时易产生过热、 畸变、开裂、软点，并降低工 件的力学性能和使用寿命。 2 1 2 待热处理件的外观、形状及尺寸要求(1) 外观应无裂纹，无影响热处理质量的锈斑，氧化皮及碰伤等缺陷。和位置。置精度及形状精度处理畸变，避免淬(2) 工件简图应注明。主要尺寸、特殊形状部位、截面悬殊部位、孔的形状(3) 待热处理件的尺寸与精度应注明加工余量、表面粗糙度、尺寸精度、位等。通过对外观、形状、尺寸的核查，便于热处理工作者采取有效措施，减少热火开裂。2 . 2 正确选择加热参数2 2 3 1 加热温度一般工件热处理加热温度是根据化学成分( 即合金相态图 )确定的， 如淬火加 热温度，亚共析钢为Ac。+30? 50C,共析钢和过共析钢是 Acl+30? 50C。但 是同一种钢材的淬火加热温度并不是固定不变的，为了获得良好的组织与性能， 可以在一定范围内优化加热温度。(1) 快速加热的淬火加热温度比一般炉内加热淬火温度高。如 45 钢一般炉内淬火加热温度是820? 840 C,而高频感应加热可提高到880? 920 C或 更高。(2) 根据后序工艺要求确定淬火加热温度。碳钢和低合金钢油淬比水淬的加 热温度可高些 , 分级或等温淬火的加热温度比普通淬火高； 为了减少淬火畸变和 开裂倾向 , 形状复杂的工件可适当降低淬火加热温度； 为了提高淬透性差的钢制 工件的表面硬度和硬化层深度。可适当提高淬火加热温度。( 3 ) 根据组织和性能要求确定淬火加热温度。1 ) W18Cr4V 高速钢刃具的淬火加热温度是1260? 1310C ，当用做冷变形 模具时，为了提高韧性，减少模具折断和崩刃，淬火加热温度比刃具热 处理温度低80? 100C 。2 ) 高碳钢工模具采用低温短时加热淬火， 可降低奥氏体碳含量， 淬火后获得较多板条马氏体，能提高钢的强韧性，延长模具的使用寿命。3 ) 亚共析钢有时在略低于 Acs 的温度下加热。淬火后得到细小分散的未溶铁 素体 + 马氏体的韧性，降低脆性转变温度，消除回火脆加热时间加热时间包括升温时间和保温时间，加热时间取决于工件成分、原始组织、形状尺寸、加热方 式、加热介质，炉子功率及装炉方式等。多数研究资料表明，按传统的经验公式 计算的加热时间偏于保守。 为减少氧化脱碳， 降低能耗， 根据实际情况适当缩短 加热时间是有意义的。2大多数工件常采用快的加热速度， 以提高生产效率， 但是提高加热速度， 加 热时的应力会增大。 为了防止形状复杂的高合金钢工件和大截面工件加热时的畸 变开裂，采用低温入炉随炉升温的方式或进行预热。2 1 加热缺陷及其控制2 2 4 1 过热1 一般过热 加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗 化称为过热。 粗大的奥氏体晶粒导致钢的强韧性降低， 脆性转变温度升高， 增大 淬火时的畸变开裂倾向。引起过热的原因是炉温仪表失控或混料( 如误把高碳钢当做低、中碳钢进行淬火加热 ) 。过热组织经退火、正火或多次高温回火后，再在正常加热条件重新 奥氏体化，可使晶粒细化。2 断口遗传具有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽然能使奥氏体晶粒 细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。 产生断口遗传的根据较多， 一般认为曾因 加热温度过高，使MnS 之类的夹杂物溶人奥氏体并富集于晶界， 冷却时这些夹杂 物又沿晶界析出。 重新加热也不能改变这种分布状况， 受冲击时仍沿原粗大奥氏 体晶界断裂。3 粗大组织遗传性具有粗大马氏体、贝氏体、魏氏组织的钢材重新奥氏 体化时， 以慢速加热至常规的淬火加热温度， 甚至低于正常加热温度， 其奥氏体 晶粒仍然是粗大的， 这种现象称为组织遗传性。 为了消除粗大组织的遗传性， 可 采用中间退火或多次高温圆火。2 2 4 2 过烧 加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗化，而且晶界局部出现氧化或熔化， 导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织 无法挽救，只能判废。2 2 4 3 脱碳和氧化 钢在加热时，表层的碳与介质中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳。 脱碳钢淬火后， 表面硬度、疲劳强度、 耐磨性降低， 而且因表面产生残余拉应力易形成网状裂纹。加热时， 钢表层中的铁及合金元素与介质中的氧、 二氧化碳、 水蒸气发生反应形成氧化膜的现象称为氧化。高温 （ 大于 570 C ） 工件氧化后尺寸精度和表面光 亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢易出现淬火软点。防止和减少氧化脱碳的措施见表2 14 。2 24 4 氨脆 高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。 采用真 空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理（ 如回火、时效，或专门的除氢处理加热 ） ，也能消除氢脆。表 2-14 防止和减少氧化脱碳的措施加热介质防止与减少措施空气1）工件埋入石央砂+铸铁屑+木灰粉装相加热2）涂保护涂料3）用不锈钢箔包装密封加热盐浴1） 严格脱氧，定期捞渣2） 中性盐添加含碳的活性组分，如木炭粉，CaC SiC等3） 使用长效盐保护气氛1）使用深度净化的惰性气体，使 0280 %时5? 6级合格。组织中的球化体使钢材塑性变好，冷墩时不易开裂。相反，用于自动机床的钢材，塑性太好切削时易粘刀，不易断屑，对切削性能不利。因此，易切削结构钢，组织为 1? 4级合格；低、中 碳结构钢及低、中碳合金结构钢1? 3级合格(JB/T5704低、中碳钢球化体评 级)。(5)为了消除冷处理过程中产生的内应力、工件深冷后应进行低温回火。(6) 一般钢冷处理前不回火，高速钢可在回火一次后进行冷处理。2. 4. 3. 7锻造余热淬火1 .锻造形变M 常用钢种在一般工艺条件下，最佳形变M可控制在25%? 40%形变M过高，则因形变热增高，引起再结晶品粒长大。形变M过低，高温加热时的粗大晶粒变得粗细不规整，不利于钢的强韧性提高。2 .锻后停留时间 碳钢高温形变后至淬火前停留时间不大于 60s,合金钢控 制在20? 90s。高 温形变后要经过切边、精整等工序，如果在锻造后至淬火前这段时间内停留时间过长， 会引起奥氏体晶粒粗化， 或自奥氏体中析出第二相， 具 强韧性反而低于正常淬火回火组织性能。3 .淬火冷却 由于锻造余热淬火温度比普通淬火高得多，能显著提高硬化层深度。碳钢和合金钢一般工件可采用油冷，对防止淬火开裂有利。如果工件尺 寸较大或终锻温度较低，可采用冷却速度较快的淬火介质。2. 4. 4回火操作(1)淬火后的工件应及时回火，通常室温停留时间不超过4ho(2)回火一般是空冷，对具有第二类回火脆性的钢种，在回火脆性温度范围内回火时，应采用油冷或水冷。(3)大型热锻模多采用带温回火，当锻模冷至150C左右即由淬火槽移人已 加热到回火温度的炉中回火。(4)局部加热淬火的小型工件也可采用自回火，自回火温度与回火色的对应 关系见表2 25 O 表2-25回火温度与回火色回火温度/。C 220240255265回火色亮黄草黄棕黄棕红回火温度/。C275285295 325回火色紫红淀青深蓝灰色2. 4. 5淬火、回火后的附属工序(1)工件校宜时所产生的残余应力，应不影响以后的机械加工和使用性能。必要时可进行去应力处理。(2)清洗和清理时，不应对工件产生有害影响。(3)有温度要求的清理和清洗设备，应配备分辨力不大于50c的测温仪表。2 ? 4 -6质M检验1 .外观检查工件表面不允许有裂纹和有害的伤痕(必要时可用磁粉探伤或其他无损检测方法 检测)。锻造余热淬火工件，表面不能有折叠等缺陷。2 .表面硬度 硬度必须满足技术要求，表面硬度的误差范围，根据不同类型的工件，不能超过表226的规定。表2 26淬回火件的表面硬度误差范围淬周火 件硬度 要求范围表面硬度误差范围(HRC)单件同一批件5050持殊333555重要件重要件444766一M件6559773 ?金相组织(1)中碳钢和中碳合金结构钢淬火后一般应得到马氏体。由于奥氏体化温度不同，马氏体形态和大小不一样，一般分为 8级。I级属于奥氏体化温度偏低，淬 火组织是隐品马氏体+细针状马氏体和不大于5%勺铁素体(体积分数)。而8级则 属于过热组织，是粗大的板条马氏体 +片状马氏体。正常淬火时控制在2? 4 级， 其组织为细小的板条马氏体+ 片状马氏体。(2) 高碳工具钢和高碳低合金工具钢 ( 包括轴承钢 )正常淬火组织是均匀分布 的未溶碳化物 + 隐晶马氏体 ( 或少量细片状马氏体) 。若马氏体粗大、残留奥氏体量多，未溶碳化物减少，则属于过热组织。(3) 高速钢淬火通常以晶粒度控制淬火质量， 如钨系高速钢一般刀具为9? 10 级晶粒度， 形状简单及要求红硬性高的刀具可控制在8? 9 级，微型刀具是 11 级。 若晶粒粗大，且有角状或网状碳化物，则属于过热组织。(4) 畸变 淬火回火的畸变允许值不得超过表227 的规定。