023-86669155
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（1. 重慶義揚機電設備有限公司，重慶400042 ；2.，重慶長江工業(yè)爐制造有限公司 重慶401329）
0前言：
在世界各國大力提倡，減排、降耗的方針下：國內(nèi)不少學者、企業(yè)從各方面采取措施，而鍛后余熱淬火是其中的重要措施之一。
鍛后余熱淬火是形變熱處理中屬高溫形變熱處理。資料[1、2、3]有詳細的講述。至今為此，鍛后余熱淬火國內(nèi)不少廠家均已應用，也有少數(shù)廠家因為質(zhì)量控制措施欠妥而上馬→下馬→再上馬或上馬→下馬→繼續(xù)下馬。
與常規(guī)熱處理相比，由于高溫加熱鍛造形變，使鋼件的馬氏體小角晶界的增多，位錯密度增加，原始氫部分逸出，原始裂紋愈合和減少，以及碳化物的彌散析出等使鋼件淬火硬度顯著提高（一般提高 10%左右）在回火時，鋼件具有很高的回火抗力（回火溫度較常規(guī)提高，一般提高20℃-30℃）。
在參加各兄弟廠鍛熱淬火時，不少廠技術人員詢問質(zhì)量控制問題，今撰寫此文，示以交流，避免走彎路……。
On the Quality Control in the Process of Quenching Directly after Forging
By Li Zhiyi1,2 & Li Xiaopeng1,2
(1. Chongqing Yiyang Electromechanical Equipment co., ltd Chongqing 400042；
2. Chongqing Yangtze Industrial Furnace Company Chongqing 401329）
1、當我們因各種原因去熱處理廠時，很多工程技術人員提出原材料等各方面均好，一個另件看后怎樣預策其淬火斷裂現(xiàn)象呢？這就是總結的三大效應(此三大效應同樣對表面處理過程中的氫脆和應力腐蝕斷裂現(xiàn)象有參考價值)。
1.1化學成分效應：例如：碳鋼：同樣尺寸ф6、同樣淬鹽水：35鋼、40鋼、45鋼、50鋼、55鋼、60鋼、65鋼，結果45鋼~60鋼很容易斷裂。因馬氏體含碳量越高應力越大，*高含碳量約0.6%左右。而鋼種含碳量很高時0.6%以上，有殘A產(chǎn)生，緩減了馬氏體應力的擇放不易斷裂。一般講：合金鋼*易淬裂。例如：42CrM。在尺寸很大ф100時淬水不裂。這就是下述講的尺寸效應。
1.2尺寸效應：例如：45鋼：ф1、ф2、ф3……ф10淬火結果發(fā)現(xiàn)ф6*易淬裂。因為ф6以下一般能全部淬成馬氏體。而ф6總體轉變成馬氏體應力*大，所以*易斷裂。
同理：合金鋼總體應力*大的尺寸是淬透性指標（淬透性為半馬氏體區(qū)）略為2/3左右。因此，某合金鋼先查淬透性指標，然后看工件。就知*危險的尺寸大約是多少？
1.3形狀效應：截面突變，R角太小，相鄰尖角凸出、邊緣有深溝槽，沖制標記尖棱，盲孔、底部開孔、階梯式開孔、孔距不當、孔徑大小不等、截面積不對稱等。
２、預冷溫度的選擇
大家都知道鍛后未預冷直接淬火馬氏體組織晶粒較小。能達到目前國內(nèi)通用的金相標準要求，而且性能也不錯，但對大型、復雜的零件，淬油，不能滿足要求的情況下，采取水或水溶液淬火介質(zhì)淬火、容易引起開裂。就是淬油，為防污染，節(jié)約成本，也應盡可能改為水基淬火介質(zhì)。
重慶某公司生產(chǎn)的斯太爾重型汽車總成中的42CrM。鋼；前軸梁、平衡軸鍛件，就是在該公司某技術人員片面地將預冷≈800℃，改為≥850℃直接淬火，引起了大型淬火裂紋約占80%。當然斷裂的原因經(jīng)分析，原材料含B達到重慶建設集團檢測報告0.0022%，兵器部西南地區(qū)理化檢測中心長安集團報告0.0042%。注：（1）.國軍標GJB2720-1996，硼鋼含硼標準為0.0005~0.0035%；（2）.含金結構鋼技術條件GB3077-88中硼鋼含硼標準為0.0005~0.0035%。帶狀偏析到Ⅰ級……也是原因之一。
原材料帶狀偏析嚴重達Ⅰ級的問題為產(chǎn)生裂紋的重要因素（偏析較重則引起化學成分和熱處理淬火應力分布不均勻，易引起淬火裂紋的產(chǎn)生）
利用X射線能譜分析：
將制成的金相試樣組織中晶界和基體用Vantage型X－射線能譜分析儀進行定性半定量成分分析，其分析結果見圖1、圖2及表1。
圖1
圖2
表1
但是另一爐鋼含硼也高，偏析也較大采取降低預冷溫度調(diào)整PAG的濃度，也就沒有產(chǎn)生裂紋了。
預冷溫度的選擇：首先，根據(jù)前面講的三大效應，判斷*易斷裂的部位。應適當調(diào)整工藝參數(shù)。例如：
（1）“上述前軸梁”42CrM。我們預冷≈800℃淬PAG，HRC控制在48～52為易。
（2）、重慶某大型摩托車曲軸廠：采用鍛后排隊預冷的辦法達到預冷≈770℃淬PAG，采用網(wǎng)帶提升機構使不冷透就離開液面并稍帶自回火，目前落料后的45鋼和40Cr預冷溫度相似，PAG濃度不同。
（3）、重慶某曲軸廠：采用鍛后進入恒溫爐的裝置，使其保持預冷在≈770℃淬入水基溶液……
3、淬火介質(zhì)的選擇：依據(jù)於世界各國*新的研究，所謂硬殼效應。要求：珠光體轉度的**冷卻速度要快，形成具有壓應力的硬殼效應。而馬氏體轉度要緩慢，這樣不易產(chǎn)生裂紋，并采用程控噴冷控速等一系列的研究成果，值得推廣應用。
我們研制的PAG－ⅢA、PAG－ⅢB型淬火液是依據(jù)目前市場上急需一種珠光體轉變速度類似鹽水和堿水，而馬氏體轉變速度類似于油，真正代替水淬、油冷的新型淬火液，而且防銹能力保持5天以上。要使珠光體轉變類似鹽和堿水，必須使淬火工作入液時形成的氣泡膜很快破裂，從而使冷卻速度加快。例如在3%濃度下，**冷卻速度均不如鹽水和堿水，也就是必須要添加某一種或多種混合添加劑來達到上述要求。實際上PAG-ⅢA該濃度達到**速度比水、聚乙稀醇快而第二速度又比其它廠家在同一濃度下的PAG要慢……。在網(wǎng)帶爐滲碳淬火上：PAG－ⅢA的研發(fā)和應用多……目前，全國共有20多條網(wǎng)帶爐在應用；特別是網(wǎng)帶爐滲碳解決了軟點、硬度不足、變形大……。防銹能力5天以上，PAG的消耗下降20%。
圖3 淬火介質(zhì)冷卻性能測試報告
重慶地區(qū)就有6家應用PAG－ⅢA，因有些廠家采用該型號，使某些特殊的產(chǎn)品解決了其它介質(zhì)很難解決的問題、產(chǎn)量日增，為保密起見恕不一一介紹。在高頻；中頻淬汽車半軸上均廣范應用。
4、淬火液濃度、溫度和攪拌
我們所服務的單位：淬火液的PAG濃度，根據(jù)鋼種，另件尺寸，形狀尺寸依據(jù)理論加經(jīng)驗來調(diào)整其濃度……。
液溫控制在30-50℃，采用廠房外大型循環(huán)池，循環(huán)換熱。攪拌和循環(huán)是合一的整體。
5、淬火后的硬度控制
淬火后的硬度是一個防止開裂的非常重要的指標：特別是采用水基淬火液時，硬度越高，易產(chǎn)生裂紋，易增大變形。以42CrMo。前軸梁為例控制在HRC48～52為宜。
6、淬火后應即時回火
淬火回火的間隔時間：≤30分鐘（重慶建設集團的軍民品要求水基液淬火至回水間隔時間超過30分鐘則報廢）小件生產(chǎn)可用連續(xù)回火生產(chǎn)線。
7、鍛熱淬火后的金相組織及性能
鍛熱淬火，若要預冷，一般晶粒較大，資料［１、２、３］由于當年同學們畢業(yè)論文的試驗，一般采用的小型試樣未預冷直接淬火，給出了很重要的理論依據(jù)。
隨著人們的創(chuàng)新發(fā)展：現(xiàn)行生產(chǎn)工藝，目前均采用預冷淬火，晶粒一般在2-3級，但性能均有上乘的反映，就上述前軸梁為例：開始未鍛熱淬火，晶粒小，標準疲勞循環(huán)資料為90萬次后允許斷裂而采用鍛后預冷淬火疲勞循環(huán)達130萬次還未發(fā)生斷裂。
為什么鍛熱預冷淬火晶粒粗大而試驗性能好呢？主要是小角晶界增多、位錯密度增加，而在一般的金相顯微鏡下是看不到的。因此不少鍛熱淬火單位，不得不與上家檢驗單位“攻關疏通”為此，目前搞金相標準的工程技術人員，應火速制定鍛熱淬火金相標準，是很緊急的事情……。
8、結論
8.1 鍛后余熱淬火應用預冷方式 預冷溫度的選擇依據(jù)需要的組織及使用性能，只需達到要求就越低越好。
8.2 鍛后余熱淬火的淬火介質(zhì)選擇盡可能采用**冷卻速度快（珠光體轉變速度）形成硬殼效應。第二冷卻速度慢(馬氏體轉變速度慢)的淬火液。
8.3 原材料等各方面都好的情況下，預策是否是產(chǎn)生裂紋應了解三大效應。
8.4 原材料的化學成份和偏析、特別易產(chǎn)生裂紋，建議更換爐號時，必須小批試生產(chǎn)并100%磁化檢驗。以利找措施杜絕大批報廢的現(xiàn)象發(fā)生。
參考文獻
[1] 雷廷權、傅家騏，熱處理工藝方法300種[M]北京機械工業(yè)出版社1982：30
[2] 雷廷權、姚忠凱等，鋼的形變熱處理[M]北京機械工業(yè)出版社1979
[3] 戚正風，鍛造余熱熱處理[M]北京機械工業(yè)出版社 1987
