鍛件熱處理的影響因素分析匯總

        鍛造生產(chǎn)中，除了必須保證鍛件所要求的形狀和尺寸外，還必須滿足零件在使用過程中所提出的性能要求，采用合理的鍛造工藝和工藝參數(shù)，可以通過下列幾方面來改善原材料的組織和性能：

        ① 打碎柱狀晶，改善宏觀偏析，把鑄態(tài)組織變?yōu)殄憫B(tài)組織，并在合適的溫度和應(yīng)力條件下，焊合內(nèi)部空隙，提高材料的致密度;

　　② 鑄錠經(jīng)過鍛造形成纖維組織，進(jìn)一步通過軋制、擠壓、模鍛，使鍛件得到合理的纖維方向分布；

　　③ 控制晶粒的大小和均勻度；

　　④ 改善第二相（例如萊氏體剛中的合金碳化物）的分布；

　　⑤ 使組織得到形變強(qiáng)化或形變-相變強(qiáng)化等。

        由于上述組織的改善，使鍛件的塑性、沖擊韌度、疲勞強(qiáng)度及持久性能等也隨之得到了提高，然后通過零件的最后熱處理就能得到零件所要求的硬度、強(qiáng)度和塑性等良好的綜合性能。

        如果所采用的鍛造工藝不合理，則可能產(chǎn)生鍛件缺陷，包括表面缺陷、內(nèi)部缺陷或性能不合格等，會(huì)影響后續(xù)工序的加工質(zhì)量，有的則嚴(yán)重影響鍛件的性能，降低做制成品件的使用壽命，甚至危及安全。鍛件組織對最終熱處理后的組織和性能的影響主要表現(xiàn)在以下幾方面。

        ①不可改善的組織缺陷：奧氏體和鐵素體耐熱不銹鋼、高溫合金、鋁合金、鎂合金等在加熱和冷卻過程中，沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的材料，以及一些銅合金和鈦合金等，在鍛造過程中產(chǎn)生的組織缺陷用熱處理的辦法不能改善。

        ②可以得到改善的組織缺陷：在一般過熱的結(jié)構(gòu)鋼鍛件中的粗晶和魏氏組織，過共析鋼和軸承鋼由于冷卻不當(dāng)引起的輕微的網(wǎng)狀碳化物等在鍛后熱處理時(shí)，鍛件最終熱處理后仍可獲得滿意的組織和性能。

        ③ 正常的熱處理較難消除的組織缺陷：例如低倍粗晶、9Cr18不銹鋼、H13的孿晶碳化物等需用高溫正火、反復(fù)正火、低溫分解、高溫?cái)U(kuò)散退火等措施才能得到改善。

        ④ 用一般熱處理工藝不能消除的組織缺陷：嚴(yán)重的石狀斷口和棱面斷口、過燒、不銹鋼中的鐵素體帶、萊氏體合金工具鋼中的碳化物網(wǎng)和帶等使最終熱處理后的鍛件性能下降，甚至不合格。

        ⑤ 在最終熱處理時(shí)將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展的組織缺陷：例如，合金結(jié)構(gòu)鋼鍛件中的粗晶組織，如果鍛后熱處理時(shí)未得到改善，在碳、氮共滲和淬火后常引起馬氏體針粗大和性能不合格；高速鋼中的粗大帶狀碳化物，淬火時(shí)常引起開裂。

        ⑥ 如果加熱不當(dāng)，例如加熱溫度過高和加熱時(shí)間過長，將會(huì)引起脫碳、過熱、過燒等缺陷。

  　  ⑦ 鍛后冷卻過程中，如果工藝不當(dāng)可能引起冷卻裂紋、白點(diǎn)等，在熱處理過程中開裂。

        切削加工對熱處理工件的質(zhì)量影響有哪些？

　   （1）在工件調(diào)質(zhì)、退火、正火狀態(tài)下，硬度低于45HRC，切削加工對鍛件的質(zhì)量包括表面光潔度、殘余應(yīng)力、加工余量、表面脫碳貧碳層得去除等，影響均不明顯，不至于造成工件潛在性能的變化。

       （2）對工件淬硬的鋼或工件加工，又稱為硬態(tài)加工，工件硬度高達(dá)50~65HRC，材料主要包括普通淬火鋼、淬火態(tài)模具鋼、軸承鋼、軋錕鋼及高速鋼等，切削加工的影響就較明顯，切削加工過程中切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)、高速摩擦和磨損等因素都會(huì)對已加工表面造成一定程度的破壞。硬態(tài)切削已加工表面的完整性內(nèi)容主要包括表層組織形態(tài)以及硬度、表面粗糙度、尺寸精度、殘余應(yīng)力的分布和白層的產(chǎn)生。

        已加工表面硬度隨切削速度的提高而增加，隨進(jìn)給量得切削量得增大而降低。而且已加工表面硬度越高，硬化層深度越大。結(jié)果顯示，硬態(tài)切削后工件表面均勻殘余壓應(yīng)力，而磨削后工件的最大壓應(yīng)力主要集中在工件表面。

        刀具鈍角半徑越大，殘余壓應(yīng)力值越大；工件硬度越高，殘余壓應(yīng)力值越大。工件硬度對工件表面完整性的影響極大，工件硬度值越大，越有利于殘余壓應(yīng)力的形成。

        影響硬態(tài)切削已加工表面質(zhì)量的另一個(gè)重要因素是白層的形成。白層是伴隨著硬態(tài)切削過程所形成的一種組織形態(tài)，它具有獨(dú)特的磨損特性：一方面硬度高，耐蝕性好；另一方面又表現(xiàn)出較高脆性，易引起早起剝落失效，甚至形成工件加工之后放置一個(gè)階段后開裂。在高剛性數(shù)控車床上采用陶瓷和PCBN刀具切削淬硬AISIE52100軸承鋼時(shí)發(fā)現(xiàn)：工件表層和亞表層的組織狀態(tài)發(fā)生變化，其微觀組織由白色的未回火層和黑色的過回火層組成。

        目前將白層視為馬氏體組織的觀點(diǎn)得到一致認(rèn)可，主要爭議在于白層的精細(xì)結(jié)構(gòu)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為白層是相變的結(jié)果，是由材料在切削過程中被快速加熱和驟然冷卻而形成的晶粒細(xì)小的細(xì)晶馬氏體組成。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為白層的形成僅術(shù)語變形機(jī)制，只是由塑性變形而得到的非常規(guī)型馬氏體。