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（1. 重慶義揚(yáng)機(jī)電設(shè)備有限公司，重慶400042 ；2.，重慶長(zhǎng)江工業(yè)爐制造有限公司 重慶401329）

0前言：

在世界各國(guó)大力提倡，減排、降耗的方針下：國(guó)內(nèi)不少學(xué)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(xì)的講述。至今為此，鍛后余熱淬火國(guó)內(nèi)不少?gòu)S家均已應(yīng)用，也有少數(shù)廠(chǎng)家因?yàn)橘|(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(cuò)密度增加，原始?xì)洳糠忠莩?，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(shí)，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(chǎng)鍛熱淬火時(shí)，不少?gòu)S技術(shù)人員詢(xún)問(wèn)質(zhì)量控制問(wèn)題，今撰寫(xiě)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 Zhiyi^1,2  & Li Xiaopeng^1,2

(1. Chongqing Yiyang Electromechanical Equipment co., ltd   Chongqing   400042；

2. Chongqing Yangtze Industrial Furnace Company          Chongqing   401329）

1、當(dāng)我們因各種原因去熱處理廠(chǎng)時(shí)，很多工程技術(shù)人員提出原材料等各方面均好，一個(gè)另件看后怎樣預(yù)策其淬火斷裂現(xiàn)象呢？這就是總結(jié)的三大效應(yīng)(此三大效應(yīng)同樣對(duì)表面處理過(guò)程中的氫脆和應(yīng)力腐蝕斷裂現(xiàn)象有參考價(jià)值)。

1.1化學(xué)成分效應(yīng)：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(jié)果45鋼~60鋼很容易斷裂。因馬氏體含碳量越高應(yīng)力越大，*高含碳量約0.6%左右。而鋼種含碳量很高時(shí)0.6%以上，有殘A產(chǎn)生，緩減了馬氏體應(yīng)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(shí)淬水不裂。這就是下述講的尺寸效應(yīng)。

1.2尺寸效應(yīng)：例如：45鋼：ф1、ф2、ф3……ф10淬火結(jié)果發(fā)現(xiàn)ф6*易淬裂。因?yàn)椐?以下一般能全部淬成馬氏體。而ф6總體轉(zhuǎn)變成馬氏體應(yīng)力*大，所以*易斷裂。

同理：合金鋼總體應(yīng)力*大的尺寸是淬透性指標(biāo)（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(biāo)，然后看工件。就知*危險(xiǎn)的尺寸大約是多少？

1.3形狀效應(yīng)：截面突變，R角太小，相鄰尖角凸出、邊緣有深溝槽，沖制標(biāo)記尖棱，盲孔、底部開(kāi)孔、階梯式開(kāi)孔、孔距不當(dāng)、孔徑大小不等、截面積不對(duì)稱(chēng)等。

２、預(yù)冷溫度的選擇

大家都知道鍛后未預(yù)冷直接淬火馬氏體組織晶粒較小。能達(dá)到目前國(guó)內(nèi)通用的金相標(biāo)準(zhǔn)要求，而且性能也不錯(cuò)，但對(duì)大型、復(fù)雜的零件，淬油，不能滿(mǎn)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(kāi)裂。就是淬油，為防污染，節(jié)約成本，也應(yīng)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(chē)總成中的42CrM。鋼；前軸梁、平衡軸鍛件，就是在該公司某技術(shù)人員片面地將預(yù)冷≈800℃，改為≥850℃直接淬火，引起了大型淬火裂紋約占80%。當(dāng)然斷裂的原因經(jīng)分析，原材料含B達(dá)到重慶建設(shè)集團(tuán)檢測(cè)報(bào)告0.0022%，兵器部西南地區(qū)理化檢測(cè)中心長(zhǎng)安集團(tuán)報(bào)告0.0042%。注：（1）.國(guó)軍標(biāo)GJB2720-1996，硼鋼含硼標(biāo)準(zhǔn)為0.0005~0.0035%；（2）.含金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件GB3077-88中硼鋼含硼標(biāo)準(zhǔn)為0.0005~0.0035%。帶狀偏析到Ⅰ級(jí)……也是原因之一。

原材料帶狀偏析嚴(yán)重達(dá)Ⅰ級(jí)的問(wèn)題為產(chǎn)生裂紋的重要因素（偏析較重則引起化學(xué)成分和熱處理淬火應(yīng)力分布不均勻，易引起淬火裂紋的產(chǎn)生）

利用X射線(xiàn)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(xiàn)能譜分析儀進(jìn)行定性半定量成分分析，其分析結(jié)果見(jiàn)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(yù)冷溫度調(diào)整PAG的濃度，也就沒(méi)有產(chǎn)生裂紋了。

預(yù)冷溫度的選擇：首先，根據(jù)前面講的三大效應(yīng)，判斷*易斷裂的部位。應(yīng)適當(dāng)調(diào)整工藝參數(shù)。例如：

（1）“上述前軸梁”42CrM。我們預(yù)冷≈800℃淬PAG，HRC控制在48～52為易。

（2）、重慶某大型摩托車(chē)曲軸廠(chǎng)：采用鍛后排隊(duì)預(yù)冷的辦法達(dá)到預(yù)冷≈770℃淬PAG，采用網(wǎng)帶提升機(jī)構(gòu)使不冷透就離開(kāi)液面并稍帶自回火，目前落料后的45鋼和40Cr預(yù)冷溫度相似，PAG濃度不同。

（3）、重慶某曲軸廠(chǎng)：采用鍛后進(jìn)入恒溫爐的裝置，使其保持預(yù)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(guó)*新的研究，所謂硬殼效應(yīng)。要求：珠光體轉(zhuǎn)度的**冷卻速度要快，形成具有壓應(yīng)力的硬殼效應(yīng)。而馬氏體轉(zhuǎn)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(yīng)用。

我們研制的PAG－ⅢA、PAG－ⅢB型淬火液是依據(jù)目前市場(chǎng)上急需一種珠光體轉(zhuǎn)變速度類(lèi)似鹽水和堿水，而馬氏體轉(zhuǎn)變速度類(lèi)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(zhuǎn)變類(lèi)似鹽和堿水，必須使淬火工作入液時(shí)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(lái)達(dá)到上述要求。實(shí)際上PAG-ⅢA該濃度達(dá)到**速度比水、聚乙稀醇快而第二速度又比其它廠(chǎng)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(yīng)用多……目前，全國(guó)共有20多條網(wǎng)帶爐在應(yīng)用；特別是網(wǎng)帶爐滲碳解決了軟點(diǎn)、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(cè)試報(bào)告

重慶地區(qū)就有6家應(yīng)用PAG－ⅢA，因有些廠(chǎng)家采用該型號(hào)，使某些特殊的產(chǎn)品解決了其它介質(zhì)很難解決的問(wèn)題、產(chǎn)量日增，為保密起見(jiàn)恕不一一介紹。在高頻；中頻淬汽車(chē)半軸上均廣范應(yīng)用。

4、淬火液濃度、溫度和攪拌

我們所服務(wù)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(yàn)來(lái)調(diào)整其濃度……。

液溫控制在30-50℃，采用廠(chǎng)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(gè)防止開(kāi)裂的非常重要的指標(biāo)：特別是采用水基淬火液時(shí)，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(yīng)即時(shí)回火

     淬火回火的間隔時(shí)間：≤30分鐘（重慶建設(shè)集團(tuán)的軍民品要求水基液淬火至回水間隔時(shí)間超過(guò)30分鐘則報(bào)廢）小件生產(chǎn)可用連續(xù)回火生產(chǎn)線(xiàn)。

      7、鍛熱淬火后的金相組織及性能

      鍛熱淬火，若要預(yù)冷，一般晶粒較大，資料^{［１、２、３］}由于當(dāng)年同學(xué)們畢業(yè)論文的試驗(yàn)，一般采用的小型試樣未預(yù)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(yù)冷淬火，晶粒一般在2-3級(jí)，但性能均有上乘的反映，就上述前軸梁為例：開(kāi)始未鍛熱淬火，晶粒小，標(biāo)準(zhǔn)疲勞循環(huán)資料為90萬(wàn)次后允許斷裂而采用鍛后預(yù)冷淬火疲勞循環(huán)達(dá)130萬(wàn)次還未發(fā)生斷裂。      

      為什么鍛熱預(yù)冷淬火晶粒粗大而試驗(yàn)性能好呢？主要是小角晶界增多、位錯(cuò)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(yàn)單位“攻關(guān)疏通”為此，目前搞金相標(biāo)準(zhǔn)的工程技術(shù)人員，應(yīng)火速制定鍛熱淬火金相標(biāo)準(zhǔn)，是很緊急的事情……。

    8、結(jié)論

8.1 鍛后余熱淬火應(yīng)用預(yù)冷方式 預(yù)冷溫度的選擇依據(jù)需要的組織及使用性能，只需達(dá)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(zhuǎn)變速度）形成硬殼效應(yīng)。第二冷卻速度慢(馬氏體轉(zhuǎn)變速度慢)的淬火液。

8.3 原材料等各方面都好的情況下，預(yù)策是否是產(chǎn)生裂紋應(yīng)了解三大效應(yīng)。

8.4 原材料的化學(xué)成份和偏析、特別易產(chǎn)生裂紋，建議更換爐號(hào)時(shí)，必須小批試生產(chǎn)并100%磁化檢驗(yàn)。以利找措施杜絕大批報(bào)廢的現(xiàn)象發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 雷廷權(quán)、傅家騏，熱處理工藝方法300種[M]北京機(jī)械工業(yè)出版社1982：30

[2] 雷廷權(quán)、姚忠凱等，鋼的形變熱處理[M]北京機(jī)械工業(yè)出版社1979

 [3] 戚正風(fēng)，鍛造余熱熱處理[M]北京機(jī)械工業(yè)出版社 1987