板材零件渗碳淬火中出现的问题及改进

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)天津市阀门公司 作者:彭利

  板材是经冲压加工制造成形的零件,现已普遍应用于工业缝纫机和汽车等行业中。考虑到其冲压和加工性能,许多零件采用低碳钢制造,通过渗碳淬火处理,提高零件的强度和耐磨性。我厂热处理设备为UBE-200可控气氛渗碳炉。在多年生产过程中,我们遇到一些零件在渗碳淬火中出现的问题,现总结如下:

  (1)由于淬火油的低温冷速不足造成SPCC材料零件渗碳表层出现马氏体与屈氏体混合组织。

  SPCC材料成分质量分数w(%)为:<0.12C,<0.50Mn,<0.040P,<0.045S。SPCC材料零件渗碳淬火后表面含碳量为0.85%左右,相当于T8或T9钢。其马氏体转变温度为220℃左右。其渗碳淬火工艺为860℃×30min后渗碳80min(Cp为0.9%)后淬油。

  我厂采用的淬火介质为快速光亮淬火油,在更换整槽油后,发现SPCC材料零件强度和韧性严重降低,经检查发现渗碳表层组织为马氏体与屈氏体混合组织。由于是换油后出现的,因此认为是淬火油引起的。一般认为,出现屈氏体是淬火冷却速度不够造成的,也就是说是由于淬火油中温阶段即蒸汽膜阶段冷速较慢造成的。新油的冷却曲线如图1中曲线a所示,其中温阶段冷速能够达到快速光亮淬火油国家标准要求。为此我们测定了旧油的冷却曲线,如图1中曲线b所示。经比较发现,两油的低温冷速相差很多,特别是300℃以下,相差更大,因此我们认为造成渗碳混合组织的原因是淬火油低温冷速不够。为此我们调整了新油的低温冷速,调整后的冷却曲线如图1中曲线c所示,用调整后淬火油处理SPCC零件,渗碳淬火组织正常。

板材零件渗碳淬火中出现的问题及改进

图1 淬火油冷却曲线

a.新油b.旧油c.调整后

  因此我们认为,淬火油的低温冷速对具有相同的渗层碳浓度分布淬火件的组织有较大的影响,适当地提高淬火油的低温冷速,能够增加零件的淬火硬化层深,改善淬火组织,提高零件强度。

  (2)由于零件表面脱碳造成的反常组织。

  由板材制造的零件,其表面一般不加工或只进行磨削加工,而且加工量很少。因此假如板材表面脱碳,在加工过程中脱碳层一般不会去掉,这样渗碳淬火中就可能出现反常组织。

  我们处理过SCM415零件,其材料成分质量分数w%为:0.13~0.18C,0.15~0.35Si,0.60~0.85Mn,<0.030P,<0.030S,0.90~1.20Cr,0.15~0.35Mo。其渗碳淬火工艺为860℃均热30min后渗碳60min(Cp为0.8%)后直接淬油。渗碳淬火硬化层深为0.3mm。零件只经过一道磨光工序。在渗碳淬火后检查发现,由表面向心部金相组织依次为马氏体+碳化物,铁素体+珠光体+马氏体,板条马氏体,即在渗碳层后出现了铁素体+珠光体+马氏体的反常组织。检查原始零件,发现零件表面严重脱碳,脱碳层深达到0.4mm,因而在渗碳过程中,脱碳层没有被全部渗上,在随后的淬火中出现了反常组织。我们认为,板材表面脱碳层深只要不超过渗碳层深的一半,对渗碳没有太大的影响,但对较深的表面脱碳层必须引起注意,以防出现反常组织,降低零件使用寿命。

  (3)由于零件装炉方式不当造成零件局部软点

  我们处理的2mm厚的薄壁件,要求渗碳淬火后表面硬度为(700±70)HV。原采用码放7层的方式装炉,渗碳淬火后,发现零件有局部软点,最低硬度为420HV。由于所用设备的淬火油槽的冷却搅拦装置,使油的流向是由下向上,因此零件码放7层后,阻挡了油的流动,造成油槽内局部的油静止不流动,使零件造成局部硬度软点。

  因此,将零件改成吊挂装炉方法,保持油的流动通畅。为减少变型,设计专门的吊挂夹具,使零件垂直向下入油,零件淬火后硬度均匀性良好,满足了用户要求,得到用户好评。

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