中低碳钢的淬火温度选择

来源:贵州航天精工有限公司作者:李刚

在实际工作中通过对中低碳钢淬火温度归纳总结,结合理论进行分析,找出了确定中低碳钢淬火温度的简便易行的方法。

中低碳钢是生产中常用的钢,也是用途最广泛的钢材。低碳钢由于塑性好,易于冲压与焊接,一般用于受力不大的零件;而中碳钢的综合机械性能和切削加工性能均较好,可以用作各种机床零件。但是,只有经过合适的热处理后,才能充分发挥材料的潜力,使材料获得理想的综合机械性能。选定合适的热处理工艺方法,确定正确的热处理工艺参数,需要大量的理论基础和实际经验。作者通过长期实际工作经验的积累,归纳总结出了中低碳钢淬火温度选择方法。该方法不仅可以快速准确地确定中低碳钢的淬火温度,而且使用起来也非常方便。

1、理论淬火温度

1.1、理论基础

铁碳平衡图是钢铁材料制订热处理工艺的基础,要了解并运用好铁碳平衡状态图。铁碳平衡图见图1。

铁碳平衡图

图1 铁碳平衡图

1.2、中低碳钢的理论淬火温度

中低碳钢淬火就是加热到Ac3以上30~50℃,保温一段时间,使钢的组织转变为奥氏体组织,然后快速冷却下来,以获得马氏体的一种热处理方法。例如,45钢的Ac点是780℃,那么45钢的理论淬火温度就是810~830℃。但是在实际生产中,由于材料成分的差异以及使用目的的不同,淬火温度和理论温度会有所差异。

2、中低碳钢淬火温度的经验计算

2.1、中低碳钢的最低完全奥氏体化温度

从图1的Fe-Fe3C状态图可以看出,中低碳钢的最低完全奥氏体化温度GS线,是从碳含量最低的奥氏体转变温度912℃到碳含量0.77%的铁碳合金的完全奥氏体转变温度曲线。从碳含量为0%开始,随着碳含量的逐渐增加,完全奥氏体化温度逐渐下降,到碳含量为0.77%时,奥氏体化温度下降到最低的727℃。也就是说,从单一铁素体的完全奥氏体化温度912℃,随珠光体量增加,最低完全奥氏体化温度下降到727℃。

从图1可以看出,在平衡状态下,每增加一定的碳含量,就有对应的珠光体量的增加,从而降低一定程度的最低完全奥氏化温度。中低碳钢没有加入其它合金元素,在不考虑杂质元素影响的情况下,只考虑铁和碳的线性关系,我们就可以用数学式来计算中低碳钢的最低完全奥氏体化温度。

2.2、中低碳钢的淬火温度的经验计算

2.2.1、完全奥氏体化终了温度的经验计算

在碳含量为0~0.77%范围内,钢中碳含量每增加1%,最低完全奥氏体化温度下降(912-727)℃÷0.77=185℃÷0.77=240℃。因此,只要知道中低碳钢的碳含量,就可以计算出该钢在平衡状态下,完全奥氏体终了的温度。由于选择的淬火温度要略高于完全奥氏体终了温度,所以中低碳钢的淬火也叫做完全奥氏体化淬火。近年来发展的亚温淬火,就是略低于完全奥氏体化终了温度5~10℃。因此,计算钢的完全奥氏体化温度非常重要。以45钢和30钢为例,完全奥氏体化终了温度计算如下:

45钢:912℃-240℃×0.45=804℃;

30钢:912℃-240℃×0.3=840℃。

2.2.2、淬火加热温度的计算

钢淬火加热时有一过热度,也就是实际奥氏体转变终了温度,略高于平衡温度20~30℃。45钢的淬火温度应该选择804+(20~30)℃,实际生产的淬火温度为820~830℃;30钢的实际生产淬火温度为860~870℃。所以,经验计算和实际生产的淬火温度是相符合的。

这种确定中低碳钢的淬火温度的方法,简单实用,符合实际,容易掌握。

2.2.3、淬火加热温度经验计算方法的推广运用

用这种方法来计算ML18、20、25钢的淬火温度,计算结果证明和实际生产是相符合的。经验计算如下:

ML18钢:912℃-240℃×0.18=869℃;

20钢:912℃-240℃×0.2=864℃;

25钢:912℃-240℃×0.25=852℃。

考虑到低碳钢是强烈淬火,获得板条马氏体为主;并且碳含量低于0.3%的钢是不会淬裂的,所以选择淬火温度时可尽可能选上限。因此,ML18钢选择的淬火温度为899℃,20钢894℃,25钢882℃;而实际生产中选择的淬火温度为900℃,既不会开裂,也不会有晶粒长大。

中低碳钢的亚温淬火,用这种方法来确定亚温淬火温度,可以避免因选择不当造成的加热不足。亚温淬火要低于计算温度5~10℃,最多不能低于10~20℃。如45钢亚温淬火选择780~790℃,一般采用790℃亚温淬火。但是碳含量低于0.45%的钢,亚温淬火的意义不大。

3、结论

经过长期的归纳总结,中低碳钢的淬火经验计算公式为:[912-240×C%+(20~30)]℃。通过实际工作进行验证,表明该经验公式是实用有效的。