亞溫淬火簡介

許多熱處理新工藝已作為鋼的強韌化手段而發(fā)展起來，利用韌性相的復合組織即為其中之一。亞溫淬火就是利用韌性相鐵素體的存在而顯示出其工藝的生命力。亞溫淬火可稱為亞共析鋼的不完全淬火、兩相（α γ）區(qū)淬火或臨界區(qū)淬火。亞溫淬火所獲得的組織為馬氏體一鐵素體雙相組織。

按經(jīng)典熱處理的觀念，亞共析鋼淬火必須進行完全奧氏體化，即完全淬火，而不允許有鐵素體存在。因此，（α γ）兩相區(qū)對亞共析鋼淬火而言曾是一個禁區(qū)，亦即亞共析鋼不允許進行不完全淬火，理由是鐵素體的存在使鋼的性能變壞。

然而，國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，亞溫淬火的優(yōu)點不僅打破“禁區(qū)”這一陳舊觀念，而且成為強韌化的基礎。對結(jié)構(gòu)鋼進行亞溫淬火，獲得在馬氏體基底上保留少量彌散分布的鐵素體組織，其優(yōu)點可歸納為以下幾方面：第一，提高鋼在室溫和低溫下的沖擊韌性，從而擴大材料的使用范圍；第二，降低鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度，材料可在更低的溫度下處于韌性狀態(tài)；第三，抑制鋼的可逆回火脆性，因而可以降低調(diào)質(zhì)件的回火溫度而使強度得到恢復，從而在不犧牲強度的前提下獲得高韌性。

在正常的完全淬火與回火之間增加一次或多次加熱溫度在Ac1~Ac3之間的亞溫淬火，可以顯著提高鋼的韌性，降低脆性變溫度，減少高溫回火脆性。

1、亞溫淬火細化了晶粒，得到適量的均勻分布的細小鐵素體組織，阻抑裂紋擴展，ak值與回火溫度成正比例增加，與常規(guī)淬火工藝比，獲得相等硬度可用較低回火溫度，兼有更高韌性，且可抑制應力集中與阻礙裂紋萌生及擴展；

2、亞溫淬火組織中存在未溶鐵素體，使奧氏體中碳和合金元素含量增加，淬火后存在少量穩(wěn)定的殘余奧氏體，亦可阻止裂紋的萌生與擴展；

3、亞溫淬火可降低有害雜質(zhì)元素在奧氏體晶界偏聚，起到凈化晶界作用；

4、亞溫淬火溫度低，經(jīng)形變淬火而細化了的未溶鐵素體可阻止晶粒長大，沿淬火前原粗大奧氏體晶界可形成極細的奧氏體晶粒，晶粒細化，晶界增多，故單位界面上有害雜質(zhì)元素含量降低，有利于增加強韌性，降低缺口敏感性。

5、使引起可逆回火脆性的P、Si、Sb等雜質(zhì)富集在鐵素體中，減少它們在奧氏體晶界上的偏聚機會，降低晶界脆性。

亞溫淬火新工藝對鋼的原始組織有一定的要求，原始組織為調(diào)質(zhì)態(tài)時，亞溫淬火可獲得良好的效果。亞溫淬火的加熱溫度以略低于Ac3為最佳，淬火組織中保留少量韌性鐵素體。若接近于Ac1的溫度加熱，則組織中將會存在大量未溶鐵素體，將使鋼的性能變壞。亞溫淬火后的回火溫度以500~600℃的效果為最佳。

幾種鋼的最佳亞溫處理與普通調(diào)質(zhì)處理后的性能比較列于下圖。

亞共析鋼，亞溫淬火能實現(xiàn)鐵素體 共析點轉(zhuǎn)變的馬氏體可以將機械性能達到亞溫淬火的最佳狀態(tài)，尤其是可以得到較高的沖擊功，這一點在中碳鋼及中碳合金鋼中表現(xiàn)的較明顯。相對于調(diào)質(zhì)組織狀態(tài)性能，亞溫淬火不可能得到較高的屈服強度，因此屈強比較低，強度較低；疲勞壽命較低。在某些特定情況下，是可以以這種組織狀態(tài)使用。

影響亞溫淬火強韌化效果的因素頗多，諸如鋼中含碳量的影響、原始組織的影響等。通過改變材料的成分、采用形變亞溫淬火和調(diào)整亞溫淬火前的熱處理規(guī)范（包括預處理的加熱溫度、保溫時間和冷卻方式）等工藝，以控制α相形態(tài)的方法可以獲得定向相間分布的兩相纖維狀復合組織、針狀α相，從而獲得材料所需性能。 2100433B

淬火溫度又叫淬火加熱溫度，是指對將進行淬火處理的工件進行加熱所達到的最高溫度，也是其進行冷卻處理時的初始溫度，其在臨界溫度以上。通常亞共析鋼的淬火溫度為Ac3以上30~50度；共析鋼或過共析鋼的淬火溫度為Ac1以上30~50度。

等溫淬火是將奧氏體化后的工件淬入M_s點以上某溫度的鹽浴中等溫保持足夠長時間，使之轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組織，爾后于空氣中冷卻，這種淬火方法稱為等溫淬火，如圖1曲線e所示。

由于等溫溫度比分級淬火高，減小了工件與淬火介質(zhì)的溫差，從而減小了淬火熱應力，又因貝氏體的比體積比馬氏體小，而且工件內(nèi)外溫度較為一致，故淬火組織應力也較小。因此，等溫淬火可以顯著減小工件變形和開裂傾向，適宜處理形狀復雜、尺寸要求精密的工具和重要的機器零件，如模具、刀具、齒輪等。

同分級淬火一樣，等溫淬火也只能適用于尺寸較小的工件。等溫溫度和時間應視工件組織和性能要求，由該鋼的TTT圖確定。等溫溫度越低，獲得淬火硬度越高。一般認為采用肘。 30℃等溫可獲得良好的強度和韌性。等溫時間可根據(jù)工件心部冷卻到等溫溫度所需要的時間再加上TTTT圖上該溫度下完成組織轉(zhuǎn)變所需要的時間來確定。除了上述幾種典型的淬火方法外，近年來還發(fā)展了許多提高鋼的強韌性的新的淬火工藝，如高溫淬火，循環(huán)快速加熱淬火，高碳鋼低溫、快速、短時加熱淬火和亞共析鋼的亞溫淬火。

原則上可根據(jù)相圖來確定這類合金的加熱溫度，如《選擇淬火溫度示意圖》所示：

淬火加熱溫度的下限為固溶度曲線（ab），而上限為開始熔化溫度。一般進行淬火一時效處理的合金。合金元素濃度高。由《選擇淬火溫度示意圖》可知，淬火溫度的要求比較嚴格，容許的波動范圍小。例如某些鋁合金淬火溫度僅容許±（2～3）℃的波動。因此，淬火加熱所采用的設備一般為溫度能準確控制以及爐內(nèi)溫度均勻的浴爐和氣體循環(huán)爐，工件以單片或單件的方式懸掛于爐中，這不僅能保證均勻加熱，而且能保證淬火時均勻冷卻。當然，對于淬火溫度范圍較寬的合金，淬火加熱就易于控制。

淬火時金屬內(nèi)部會發(fā)生一系列物理、化學變化，除最主要的相態(tài)變化外，還會產(chǎn)生再結(jié)晶、晶粒長大以及與周圍介質(zhì)的作用等，這些變化對淬火后合金的性能都會帶來影響。在確定淬火溫度時，應根據(jù)不同合金的特點予以考慮。例如，在不發(fā)生過燒的前提下，提高淬火溫度有助于時效強化過程，但某些合金（6A02鋁合金）在高溫下晶粒長大傾向大，則應限制最高的加熱溫度。

過燒是淬火時易出現(xiàn)的缺陷。輕微過燒時，表面特征不明顯，顯微組織觀察到晶界稍變粗，并有少量球狀易熔組成物，晶粒亦較大。反映在性能上，沖擊韌性降低，腐蝕速率大為增加。嚴重過燒時，除了晶界出現(xiàn)易熔物薄層，晶內(nèi)出現(xiàn)球狀易熔物外，粗大的晶界平直、嚴重氧化。三個晶粒的銜接點呈黑三角，有時出現(xiàn)沿晶界的裂紋。在制品表面，顏色發(fā)暗，有時也出現(xiàn)氣泡等凸出晶粒。