淬火不能最終熱處理,為了消除淬火鋼的殘余內(nèi)應(yīng)力,得到不同強(qiáng)度、硬度和韌性配合的性能,需要配以不同溫度的回火。鋼淬火后再經(jīng)回火,是為了使工件獲得良好的使用性能,以充發(fā)揮材料的潛力。淬火和回火是不可分割的、緊密銜接在一起的兩種熱處理工藝。回火溫度的選取完全依據(jù)工模具零件要求的力學(xué)性能而定。如:冷作模具通過淬火加低溫回火可以提高硬度和耐磨性;彈簧鋼通過淬火加中溫回火可以顯著提高彈性極限。
回火效果不僅取決于回火溫度,還與回火時(shí)間有關(guān),而回火溫度要比回火時(shí)間的影響大很多。回火溫度必須在A1以下,一般回火溫度愈高,硬度和強(qiáng)度愈低,而塑性、韌性愈大。高合金鋼(如Cr12、Cr12MoV、3Cr2W8V、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2),當(dāng)回火溫度為500~600℃時(shí),出現(xiàn)二次硬化,使硬度明顯上升,回火時(shí)要進(jìn)行緩冷(空冷),若快冷易產(chǎn)生回火裂紋,回火一般應(yīng)在淬火后60min內(nèi)盡快進(jìn)行,必須保證足夠的回火時(shí)間,5CrMnMo、5CrNiMo熱鍛模淬火時(shí),油冷至150~200℃就應(yīng)馬上回火,如果冷卻到較低溫度或長(zhǎng)時(shí)間停留不回火,模具會(huì)在應(yīng)力集中處產(chǎn)生裂紋;回火必須避開回火脆性區(qū)。
(1)低溫回火。低溫回火(150~250℃),組織是回火馬氏體,其目的是在盡可能保留高硬度的條件下,消除或除低淬火應(yīng)力,恢復(fù)一定的韌性而不致過脆,和淬火馬氏體相比,回火馬氏體既保持了鋼的高硬度、高強(qiáng)度和良好耐磨性,又適當(dāng)提高了韌性。工模具鋼的回火時(shí)間由工件大小而定,一般不少于1h,硬度為58~64HRC,主要用于高碳鋼,合金工具鋼制造的刃具、量具、模具及滾動(dòng)軸承,滲碳、碳氮共滲和表面淬火件等。
(2)中溫回火。中溫回火(350~500℃),組織為回火托氏體,對(duì)于一般碳鋼和低合金鋼,中溫回火相當(dāng)于回火的第三階段,此時(shí)碳化物開始聚集,基體開始回復(fù),淬火應(yīng)力基本消失。硬度為35~50HRC,使淬火鋼既有一定的強(qiáng)度和彈性,又有足夠的韌性和塑性,主要用于彈性件及受沖擊的模具零件采用。
(3)高溫回火。高溫回火一般為500~650℃之間或更高些,組織為回火索氏體,硬度為200~330HBW,目的是調(diào)整鋼的強(qiáng)韌性,使綜合力學(xué)性能達(dá)到最佳的配合,廣泛用于各種重要結(jié)構(gòu)件。通常在工業(yè)上將鋼件經(jīng)淬火+高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后,鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)作為預(yù)先熱處理時(shí),改善工件的可加工性,也為后續(xù)工序的表面淬火,滲氮等作組織準(zhǔn)備。因此,高溫回火主要適用于中碳結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼,用來制作汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件,如曲軸、連桿、螺栓、機(jī)械主軸及齒輪等重要的機(jī)器零件。此外,對(duì)某些高合金鋼可獲得二次硬化效果,提高硬度、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性,消除殘留奧氏體。熱作和塑料模具零件采用高溫回火,目的是提高在模具工作溫度下韌性和耐磨性。
(4)回火溫度與保溫時(shí)間的選擇。采用強(qiáng)烈冷卻的淬火介質(zhì)(如鹽水、堿水等)的模具,回火溫度可取上限;分級(jí)淬火的模具,回火溫度應(yīng)取下限;淬火時(shí),若模具出油溫度高于Ms點(diǎn),回火溫度應(yīng)取下限;裝箱木炭保護(hù)淬火的模具,表面常有滲碳現(xiàn)象,使得模具具有較大的回火穩(wěn)定性,回火溫度應(yīng)適當(dāng)提高一些;井式電爐回火溫度應(yīng)比箱式電爐低一些,浴爐回火也應(yīng)取下限。
通常規(guī)定保溫時(shí)間要充分,最短不得少于1h,保溫不足往往造成不良后果,有時(shí)需要兩次或多次回火。尤其是快速回火、余熱回火(自回火)、局部回火等要注意回火的充分性,單純?yōu)榭s短時(shí)間而損失質(zhì)量,是不可取的。高速鋼或高合金模具鋼有二次硬化效應(yīng),必須反復(fù)回火2~4次。
回火后的冷卻,一般均取空冷。含Mo的模具鋼不必?fù)?dān)心回火脆性發(fā)生。緩慢冷卻效果更好,因?yàn)榧?xì)微的二次碳化物在此過程中析出。
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