不同淬火+低温回火工艺对T8钢力学性能的影响

来源:慈溪市汇丽机电有限公司作者:盖志宏

研究了不同淬火+低温回火工艺对T8 钢力学性能的影响。结果表明,改进工艺与常规工艺相比其性能均有所改善,并且采用充分预热快速短时淬火强化工艺不仅变形小,性能好而且节省时间,提高生产效率,充分发挥材料潜力,降低了成本,延长了工具的使用寿命。

T8钢属于高碳钢,在实际生活中经常被用做刃具,然而刃具在切削过程中刀刃与工件在切削之间强烈摩擦将导致严重磨损和切削热,刃口局部区域极大的切削力、冲击和振动将可能导致刃具崩刃或折断。特别是在切削过程中受到弯曲、剪切、冲击、扭转、震动、摩擦等力的同时还产生热量,有时可使刀刃温度升到600℃以上甚至更高,刃部发生磨耗,将直接影响刃具的使用寿命。因此,研究不同的淬火+低温回火艺对T8 钢力学性能的影响有十分重要的意义,所以应寻求一种工艺去改善这种现象,这就是本文研究的主要目的。

1、实验材料及方法

实验所采用的材料为准20mm伊4m的碳素工具钢T8钢,先切割成长180mm的短棒,然后铣成10mm伊10mm伊55mm 的标准冲击试样。然后对试样进行热处理。先进行球化退火处理,其工艺为750~780℃加热,保温3h,炉冷到680℃保温4h,随炉冷到550℃出炉空冷。然后最终热处理,其工艺如表1所示。对热处理后的试样进行洛氏硬度测试和冲击试验,冲击试验采用一次冲击摆锤试验。

表1 最终热处理工艺规范

最终热处理工艺规范

2、结果与讨论

2.1、热处理工艺对T8 钢性能的影响

不同热处理后T8 钢的性能变化如表2 所示。可以看出,第一种常规热处理工艺下的硬度和冲击性能均较低,而改进后的其他几种工艺在性能上均有所提高,第2#种工艺与第3#种工艺分别为相同的冷却介质但不同的冷却顺序,就这一点给结果带来非常的不同,在第3#种工艺中有可能是因为水的冷却速度很快,淬火形成的马氏体是隐晶状的,在奥氏体中的碳化物以均匀细小的形式析出,相当于一种细晶强化,在所有的强化中唯有细晶强化即能提高硬度同时又能提高韧性。而油在高温区的冷却能力很低,使得淬硬层比较薄,表面组织回火马氏体,所以硬度变化应该不是很明显,但由于油的冷速很慢以至于生成不完全淬火组织,使韧性有所改善。

表2 不同工艺的试验数据

不同工艺的试验数据

第3#种工艺是本论文的核心所在:常规的热处理方案为780℃淬火保温30min,水淬,再200℃回火1h,而改进的工艺为先在650~680℃预热5min然后780~800℃加热2min 水淬油冷,淬入水溶液2s再200℃回火1h,是一种典型的高温快速短时间保温的热处理工艺。对这两种工艺进行比较可知,第3#种工艺的韧性和硬度都比常规的要高,虽然工序有点烦琐,但可以节省20%的时间,而且对于T8钢按常规热处理淬火后,耐磨性较高,但韧性很低,如冲头等工件常因韧性不足而折断。采用充分预热快速短时淬火强化工艺不仅变形小,性能好而且提高生产效率。充分发挥材料潜力,降低了成本,延长了工具的使用寿命。

2.2、热处理工艺对T8 钢组织的影响

从图1(a)中可看出,T8 钢常规热处理后的组织是回火马氏体及少量残余奥氏体和未溶解弥散细小的碳化物,T8 钢的亚温淬火是从低温加热升温进入临界区,故原碳化物尚未完全溶解,而尚未溶解的碳化物细小且均匀分布,这对T8 钢韧性的提高有良好的作用。由于残余奥氏体的存在使裂纹的扩展变得困难(因受塑性变形或产生部分马氏体转变使应力松弛),使钢的脆性降低,故综合性能比较可观。

不同工艺处理后的试样的金相组织照片

图1 不同工艺处理后的试样的金相组织照片

从图1(b)中可看出,其组织为回火马氏体、极少量残余奥氏体,以及呈点状的碳化物。由于组织细致,细节不太明显。这种组织的形成是钢在临界温度下的加热过程中,通过奥氏体相区临界温度的冷却速度过于缓慢,致使过剩碳化物有足够的机会沿着晶界析出。这种过剩的碳化物不能用正常的淬火温度来消除,因为排列在晶界上较大的碳化物颗粒不易溶解,同时碳化物的密集程度也比较大,需要足够高的加热温度和充足的保温时间才能溶入奥氏体,这种条件下却往往容易引起淬火组织的粗大。从图1(c)中可看出,其组织为回火细马氏体和均匀分布的小颗粒状碳化物与极小量残余奥氏体,综合性能比较好。

3、结论

(1) 相同的冷却介质不同的冷却顺序对性能可以产生较大的影响。

(2) 不同的淬火加热温度对碳钢的冲击韧度和硬度有较大的影响,总的规律是:随淬火温度的升高,冲击韧度增加,而硬度下降。

(3) 采用预热方法提高了加热速度,使其性能也得到很大的改善。