亚温热处理工艺及其应用实例优化

1.亚温淬火及其应用实例

亚温淬火也称两相区加热淬火，它是亚共析钢在略低于Ac₃温度奥氏体化后的淬火。亚温淬火温度范围是在Ac₃以下的双相区，即奥氏体+铁素体相区。由于铁素体相的存在，经亚温淬火的工件具有较好的韧性和塑性，可以降低亚共析钢淬火裂纹倾向。同时，因加热淬火温度降低，还可以相应节省能耗。

一般认为，亚温淬火后必须进行较高温度回火，才能充分发挥出强韧化效果。一般可在500～600℃范围回火。

亚温淬火可以提高许多结构钢的室温及低温韧性，降低钢的脆性转变温度，抑制钢的可逆回火脆性。例如经800℃亚温淬火并高温回火的35CrMnSi钢，在抗拉强度R_m相同的情况下，比常规调质时的同钢种的室温冲击值提高了1倍左右；35CrMo钢亚温淬火可使其脆性转变温度降低20～60℃；亚温淬火可抑制35CrMnSi、40CrNi等钢的可逆回火脆性。

（1）亚温淬火工艺

1）亚温淬火的加热温度。各种钢材均有对应于获得力学性能（包括硬度）最佳配合的淬火温度，推荐的亚温淬火温度见表2-59。一般认为亚温淬火温度以略低于Ac₃为宜。

表2-59 对各钢种推荐的亚温淬火温度

2）亚温淬火的加热时间。在保证组织充分转变的前提下，延长保温时间对淬火效果无益，反而会增加能源的消耗。

3）亚温淬火加热。直接升温进入Ac₁～Ac₃两相区时，铁素体为未溶相，更有益于晶粒细化，故强韧化效果更好。

4）控制残留铁素体的数量。关于未溶铁素体的最佳含量，有不同的说法，如体积分数为5%～15%，以及25%～30%。但残留铁素体数量不宜过多。

5）亚温淬火后的回火。低于200℃的回火不能发挥亚温淬火的强韧化效果。200℃以上温度回火时，随着回火温度升高，硬度下降，韧性明显上升。允许采用比常规淬火、回火温度较低的温度进行回火，从而使工件在获得相同的硬度下具有较好的韧性。

6）钢中碳含量对亚温淬火效果的影响。对12CrNi3、25、35、35CrMo、40Cr、42CrMo及45钢的研究表明，随着钢中碳含量的增加，亚温淬火效果逐渐减弱。

（2）亚温淬火应用实例 见表2-60。

表2-60 亚温淬火应用实例

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（续）

2.亚温退火、正火及其应用

（1）亚温退火 对于合金渗碳钢，为改善其切削加工性能，往往采用较长时间的等温退火。例如在完全奥氏体化以后，冷却至600℃左右等温处理数小时，其硬度可降低至160～200HBW。如果为不影响完全奥氏体化而采用亚温退火工艺，即加热至Ac₁+0.30（Ac₃-Ac₁）的温度等温处理，那么可获得细晶粒铁素体及球状碳化物，不仅可使切削加工性大为改善，并且可节约33%～50%的加热时间，即相应降低了能耗。

（2）亚温正火 亚共析钢在Ac₁～Ac₃温度加热，保温后空冷的热处理工艺，称为亚温正火。亚共析钢经热加工后，先共析相大小适中，分布均匀，只是由于珠光体片层间距较大，硬度较低。在此情况下，为了改善其切削加工性能，可进行亚温正火。该工艺还可以改善含有粒状贝氏体亚共析钢的强韧性，如15SiMnVTi钢可进行770℃的亚温正火处理。

在实际生产中，为了改善中碳合金钢的切削加工性能，传统的方法是采用调质或正火+高温回火工艺。处理后切削加工性能虽有所改善，但有时效果不够理想。对此，可采用亚温正火工艺，不仅可以显著改善切削加工性能，而且节约能源、降低成本，且对最终使用性能无影响。

亚温正火时，要获得理想的加工硬度，其关键是改善组织结构，通过控制加热温度，抑制碳化物对奥氏体的溶入量及奥氏体的均匀化，使奥氏体处于失稳状态，从而抑制冷却过程中粒状贝氏体的形成条件。例如，经常规正火+高温回火的30SiMn2MoVA钢金相组织中碳化物弥散度大，并伴有粒状贝氏体。改用亚温正火工艺处理后，其碳化物弥散度减小，粒状贝氏体消除，切削加工性能明显改善，加工质量提高。

30SiMn2MoVA钢亚温正火工艺：（750±15）℃×60min+炉外坑冷；30CrNi3A钢亚温正火工艺：（760±10）℃×60min+空冷。

亚温正火要求：炉温均匀；对30CrNi3A钢出炉空冷时，要将其迅速均匀散开，自然冷却；对30SiMn2MoVA钢冷却时，要将其置入在加盖的铁筒中自然冷却，装入量要适宜。

亚温正火获得的细小晶粒结构与未溶铁素体各相组织间的合理配合，不但可改善工件的切削加工性能，并使其具有良好的综合力学性能，如表2-61所示。

表2-61 亚温正火后的力学性能

对于球墨铸铁，已经广泛采用部分奥氏体化或低碳奥氏体化正火，实质上也就是亚温正火。如部分奥氏体化正火可获得破碎铁素体，并且由于适当缩短保温时间，使奥氏体中碳含量降低，从而获得显著强韧化效果。

对于一般稀土-镁球墨铸铁而言，其升温部分奥氏体化正火，可获得破碎铁素体的加热温度范围是810～870℃；降温部分奥氏体化的温度范围为850～940℃。