本站原创摘 要：淬火是将零件以一定速度加热到奥氏体区保温,然后以适宜速度冷却的热处理方式.适宜的淬火加热时间可以显著改善金相组织.文章将讨论金相组织差的原因及所采取的改善金相组织的工艺措施.
关 键 词：金相组织；淬火；加热时间；晶粒粗大；工艺措施
中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1671-0568（2013）20-0151-04
某企业在生产的ZG25MnCrNiMo材质铸钢件的过程中,出现了最终热处理后金相组织粗大,超出标准规定,出现不合格的情况.该零件淬火加热使用600KW中温电阻炉进行,淬火冷却方式为水冷却.夏季时,通过从该零件最终热处理后的金相组织检查发现：多个批次出相组织粗大,一次合格率大幅下降,较多铸件因金相组织不合格而重新热处理.铸件热处理质量水平的下降,降低了铸件实物使用性能保证度,还因铸件返工返修导致能源费用的加大和产品流转周期的延长,既增加了生产成本,还降低了生产效率.
一、金相组织粗化的现状与原因分析
作为热处理专业教师,笔者与企业的工艺技术人员联合,参与到企业对该铸件金相组织粗化问题的研讨中.经汇总问题出现之前该零件的金相组织检查结果,计算得出金相组织一次合格率平均值为86.3%.校企双方人员从理论的角度出发分析了金相组织粗化的影响因素,决定先从加热速度、加热温度、加热时间三个方面进行分析,通过收集原始记录、深入生产现场与生产工人交流淬火过程的具体情况.在2012年1～8月份,600KW中温电阻炉淬火升温时间大多在7.5～8.5小时之间,淬火保温时间5小时,加热温度一直采用890～910℃.
通过集中讨论,汇总多方意见,认为主要影响因素是：加热速度过慢、淬火升温时间较长.加热温度一直在变动,可先排除；过慢的加热速度与较长的升温时间造成加热时形成的初始奥氏体晶核较大,加之在后续的保温过程中继续长大,使最终完全奥氏体化后的晶粒粗大,导致零件淬火后的马氏体晶粒粗大,回火后金相组织检查不合格.
淬火时加热速度对奥氏体晶粒大小的影响是“双向”的.这取决于随后的保温时间的长短.较快的加热速度会形成较细的奥氏体初始晶粒,而且通常是加热速度越快,奥氏体初始晶粒越细.但是,奥氏体初始晶粒越细,在随后的保温过程中,其长大的倾向就越大,而更容易形成粗晶.所以,可以采用较快的加热速度、较短保温时间,得到较细的奥氏体晶粒,以改善铸件金相组织粗化的问题.
二、金相组织粗化改善的工艺措施
1.工艺设备及操作方法调整.
（1）缩短ZG25MnCrNiMo材质铸钢零件的淬火加热时间,通过更改600KW中温电阻炉淬火加热时自动控温仪表的淬火升温时间参数设置来实现.2012年9月2日开始,由之前的7.5小时升温到890～910℃调整为6小时升温到890～910℃.经统计2012年9月2日到2012年11月7日期间该铸件的金相组织结果,反映出金相组织粗化的炉次有所减少.
（2）2012年11月8日到2012年12月9日,再次缩短该铸件的淬火加热时间为：5小时升温到890～910℃,并缩短淬火保温时间到4小时.同时采取了辅助措施：在零件预正火时增加一台冷却风机来提高预正火冷却效果,得到更细化的正火组织,为淬火做好组织准备；淬火前提前开启淬火冷却水循环降温系统,降低铸件淬火入水水温到25℃以下,以此改善淬火冷却条件.
2.工艺措施设计.
（1）缩短淬火升温时间工艺措施的实施情况,如表1.
（2）统计600KW中温电阻炉淬火升温时间在活动各阶段的分布范围,如表2.
从实施情况和统计结果可知,通过优化淬火加热时间,使实际淬火升温时间由7.5小时～8.5小时降低到5.5小时～6.5小时,铸件的淬火升温速度大幅提升.
（3）通过缩短淬火升温时间工艺措施的实施,从2012年9月2日到12月8日,共热处理620炉,金相组织一次合格率得到较大提升,如表3.
三、改善金相组织粗化现象,提高生产效益
采用缩短淬火加热时间的方式,降低了淬火加热时奥氏体晶粒粗化倾向,铸件的金相组织一次合格率较大提高,淬火加热时间缩短至两三个小时,降低了产品热处理电能消耗,提高了生产效率和金相组织一次合格率.返工返修产品的减少,热处理成本的降低,带来的是产品利润的增加.经测算经济效益如表4.
对淬火加热时间加以控制能显著改善金相组织的粗大现象,不仅使铸件热处理质量得以保证,而且实现了较大经济效益,这种方法也可以应用于其他铸钢件的调质金相组织.