高效淬火加热技术：快速高温处理

含碳量w（C）大于0.7%的碳素工具钢和合金钢，一般淬火后在低温回火状态下使用，以便获得所需要的高硬度、高强度及耐磨性。但通过这样热处理后，钢的塑性、韧性降低，模具在服役过程中不是因磨损而失效，而是因韧性不足而报废。以往采用提高回火温度的方法来降低脆性，但同时在一定程度上降低了强度和硬度。近来采用的快速加热淬火，可使模具得到较高强韧性。由奥氏体形成规律可知，如果热处理加热前，原始组织中的碳化物分散度较大，采用快速加热，进行短时间保温，可以获得细小的奥氏体晶粒，淬火后马氏体晶粒也相应细小。细化晶粒不仅可以提高强度，而且还可以显著改善钢的韧性。在相同的强度下，板条状位错型马氏体比片状孪晶型马氏体常常具有较高的韧性。影响马氏体形态的主要因素是奥氏体的化学成分。奥氏体中C及合金元素（除Co外）含量降低，容易获得板条状位错型马氏体，所以在高碳钢中，一般的淬火较难获得这种组织形态。加热速度越大、奥氏体形成温度越高，形成的奥氏体碳含量越低，越容易获得位错型马氏体。因此，采用快速加热淬火，是提高高碳钢件强度和韧性的途径之一。

高碳钢模具经快速短时加热淬火后，获得高强韧性，与奥氏体晶粒细小和马氏体成板条状有关。在快速加热条件下，奥氏体化不均匀，组织中保留未溶碳化物，使奥氏体内固溶的碳和合金元素量减少，提高了Ms点，有利于板条状马氏体的形成。加热速度越高，形成的奥氏体碳含量越低。短时加热，溶于奥氏体中的含碳量w（C）可减少到0.6%以下，阻止了富碳区的形成，淬火后的显微组织为碳含量较低的隐晶马氏体加均匀分布的细小粒状碳化物及含有适量均匀分布的残留奥氏体，从而大大减少了出现淬火显微裂纹的几率。再经回火后，可以获得比普通淬火回火高的强度和韧性。如果采用多次淬火（第一次淬火温度较高时，常常需要逐次降温），将可获得更好的强韧化效果。

某厂对T10钢冲头采用了充分预热、高温快速短时淬火工艺，取得了显著效果。工件在650～680℃预热，预热时间为20～30s/mm；780～800℃盐浴炉加热，加热时间为6～7s/mm；采用水、油双液淬火；根据硬度要求确定回火温度，回火时间一般取60分钟左右。与常规工艺相比，提高了生产效率，减小了工件变形，在硬度相似情况下，冲击值比正常淬火提高25%。(www.xing528.com)

为提高渗碳件使用寿命，可以先采用高温渗碳，提高渗碳温度，可以大大缩短渗碳时间，但奥氏体晶粒粗大，高温渗碳后直接置于油中冷却，使表层获得马氏体加残留奥氏体；为了使高温渗碳淬火后得到的较多残留奥氏体完全分解为贝氏体，接着在贝氏体形成区回火；然后用感应加热、盐浴炉或铅浴炉加热的方法，快速加热到渗碳钢的Ac₃点稍上，奥氏体化后立即淬火，在此温度快速加热的目的，在于使渗碳层和心部都获得细小的奥氏体晶粒，以及使渗碳表层奥氏体碳含量适当降低；最后进行低温回火。经这四步处理后，钢件晶粒细小，表层获得了细小而均匀分布的过剩碳化物以及碳含量较低的隐晶马氏体和较少的残留奥氏体；心部则为低碳马氏体。采用这种方法，解决了渗碳件表面因残留奥氏体过多或因碳含量过高，致使在淬火时有部分屈氏体出现而硬度降低的问题。