等温淬火工艺及其影响因素分析

等温淬火的全称是奥氏体等温淬火。图8-16示出的奥氏体等温转变原理图。由图8-16可以看出，在230～450℃的中温区，是贝氏体转变区；在Ms点 （230℃）至Mf的温度范围是马氏体转变区。贝氏体转变区分成两部分，在曲线的上部是上贝氏体转变区，在曲线的下部是下贝氏体转变区。如果经过奥氏体化后，淬火至贝氏体转变区内保温，则得到贝氏体基体组织；如果经过奥氏体化后，淬火至马氏体转变区内保温，则得到马氏体基体组织。对于球墨铸铁，通常是指在贝氏体转变区进行等温淬火。

一般认为，350～450℃是上贝氏体转变区，230～350℃是下贝氏体转变区。在上贝氏体转变区 （一般选用350～380℃）进行等温淬火，目的是获得上贝氏体和体积分数为25%～40%的高碳稳定奥氏体组织，其力学性能可达到：抗拉强度σb≥1000MPa，断后伸长率δ≥10%，无缺口冲击韧度aK ≥80J/cm2，硬度不小于30HRC，具有良好的冲击韧度和疲劳强度。在下贝氏体转变区 （一般选用270～330℃）等温淬火，目的是获得下贝氏体组织 （常伴有少量的残余奥氏体和马氏体组织）。其力学性能可达到：抗拉强度σb≥1200MPa，断后伸长率δ≥2%，无缺口冲击韧度aK≥30J/mm2，硬度不小于38HRC，具有良好的耐磨性和较高的疲劳强度。表8-8示出在不同盐浴温度 （等温温度）时，获得的基体组织和力学性能。

图8-16　奥氏体等温转变原理图

注：A1、A2分别代表共析转变温度的上下限

表8-8　不同盐浴温度对基体组织和力学性能的影响

在进行等温淬火以前，要求铸件的铸态组织球化良好（球化等级1～2级），共晶团细小（石墨尺寸小于等于6级），无游离渗碳体。如果铸态组织中游离渗碳体的体积分数大于1%，则要预先进行高温石墨化退火。

奥氏体化温度越高，则奥氏体含碳量也越高，形成上贝氏体的下限温度越低，因而有利于形成上贝氏体和稳定的奥氏体。图8-17是奥氏体含碳量对上、下贝氏体转变温度的影响。上贝氏体等温淬火时采用较高的奥氏体化温度。

图8-17　奥氏体含碳量对上、下贝氏体转变温度的影响

也可以在较低的奥氏体化温度（≤850℃）进行处理，以保留少量分散的铁素体。采取这种部分奥氏体化等温淬火，可改善韧度。

一般采用盐浴等温淬火。表8-9列出等温淬火用盐浴组成和使用温度。为了缩短等温时间，也可采用两段等温淬火，即先在200℃低温盐浴或温水浴中短时间冷却后，再进入预定温度的等温盐浴（见图8-18），这可使断面较大的铸件心部获得贝氏体组织。必须注意的是，不可冷却过分，否则，如图8-18d线所示，表层可能生成马氏体。b线、c线是正常的两段等温淬火。a线则冷却速度过慢，出现珠光体组织。(www.xing528.com)

图8-18　两阶段等温淬火示意图

A—奥氏体；Ms—马氏体转变温度

表8-9　等温淬火盐浴用硝酸盐组成和使用温度

（一） 上贝氏体等温淬火工艺

典型工艺示于图8-19奥氏体化温度为+ （70～80）℃，根据含硅量选定。含硅量较高时取上限。奥氏体化时间取决于铸件壁厚，每25mm保温1h。为提高奥氏体稳定性以保持一定数量的残余奥氏体，改善韧度，可适当延长奥氏体时间。等温淬火温度350～380℃，最佳的温度370℃。等温淬火保持时间过短，则上贝氏体数量不足；保持时间过长，则析出碳化物，均使力学性能下降。添加Mo、Cu、Ni可提高淬透性，减少对等温淬火保持时间的敏感性。

图8-19　上贝氏体等温淬火+回火典型工艺

图8-20　下贝氏体等温淬火+回火典型工艺

（二） 下贝氏体等温淬火工艺

典型工艺示于图8-20。奥氏体化温度为+ （30～50）℃，略低于上贝氏体奥氏体化温度。采用部分奥氏体化等温淬火时，奥氏体化温度略低于。奥氏体化时间也是取决于铸件壁厚。等温淬火温度视性能要求而定，一般为280～320℃，延长等温淬火保持时间可减少残余奥氏体和马氏体数量，改善性能。等温淬火后进行回火，可以促使残余奥氏体转变为下贝氏体，马氏体转变为回火马氏体。