对症下药--性能与热处理工艺

yangchunyuan09

1 硬度：
   材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。固体对外界物体入侵的局部抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标。由于规定了不同的测试方法，所以有不同的硬度标准。各种硬度标准的力学含义不同，相互不能直接换算，但可通过试验加以对比。硬度分为：①划痕硬度。主要用于比较不同矿物的软硬程度，方法是选一根一端硬一端软的棒，将被测材料沿棒划过，根据出现划痕的位置确定被测材料的软硬。定性地说，硬物体划出的划痕长，软物体划出的划痕短。②压入硬度。主要用于金属材料，方法是用一定的载荷将规定的压头压入被测材料，以材料表面局部塑性变形的大小比较被测材料的软硬。由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同，压入硬度有多种，主要是布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等几种。③回跳硬度。主要用于金属材料，方法是使一特制的小锤从一定高度自由下落冲击被测材料的试样，并以试样在冲击过程中储存（继而释放）应变能的多少（通过小锤的回跳高度测定）确定材料的硬度。常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。
2 强度：
   金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。按外力作用的性质不同，主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等，工程常用的是屈服强度和抗拉强度，这两个强度指标可通过拉伸试验测出
　　强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。机械零件的强度一般可以分为静强度、疲劳强度（弯曲疲劳和接触疲劳等）、断裂强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变、胶合强度等项目。强度的试验研究是综合性的研究，主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机。
　　强度是指材料承受外力而不被破坏(不可恢复的变形也属被破坏)的能力.根据受力种类的不同分为以下几种:
　　(1)抗压强度--材料承受压力的能力.
　　(2)抗拉强度--材料承受拉力的能力.
　　(3)抗弯强度--材料对致弯外力的承受能力.
3塑性：
    [1]是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性,对大多的工程材料来说,当其应力低于比例极限时,应力一应变关系是线性的。另外,大多数材料在其应力低于屈服点时，表现为弹性行为，也就是说，当移走载荷时，其应变也完全消失。塑性好坏可用伸长率d 和断面收缩率y表示。
　　由于屈服点和比例极限相差很小，因此在ANSYS程序中，假定它们相同。在应力一应变的曲线中，低于屈服点的叫作弹性部分，超过屈服点的叫作塑性部分，也叫作应变强化部分。塑性分析中考虑了塑性区域的材料特性。
4 韧性：
   材料的断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力。与脆性相反，材料在断裂前有较大形变、断裂时断面常呈现外延形变，此形变不能立即恢复，其应力-形变关系成非线性、消耗的断裂能很大的材料。通常以冲击强度的大小来衡量。韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。 金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。  
在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能（或称为力学性能）。  
金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨论各种机械性能。  
5． 疲劳  
    前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指标。实际上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。  
6．冲击韧性  
    以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。
7。   材料强度是和材料硬度直接相关的指标。通常金属材料的强度与其硬度成正比。
8。  材料塑性是和材料的韧性有直接相关的指标。通常金属材料的塑性与其韧性成正比。
     而强度和韧性是成反比的，如果要求硬度强度高的话必须要牺牲一部分塑性。如果要求塑韧性要求高的话必须要牺牲一部分硬度、强度。
比如：W18C r4V冲模采用不同工艺处理的结果
序号       热处理工艺规范           回火后硬度（HRC）        使用寿命          失效形式
1      1280度油冷650度3次回火          64-66                                        1000以上         崩刃、断裂
2   1230度油冷600度3次回火          64-66                                         1000以上                   崩刃、断裂
3      1230度油冷650度3次回火          51-56                                         4000-5000以上    磨损
4      1180度油冷580度3次回火          60-62                                         10000以上         磨损个别断裂
5     1130度油冷580度3次回火          52-54                                          4000-5000              磨损
从上面我们可以看出有时候为了达到最好的使用效果必须牺牲一部分机械性能，在制作工艺时要通过控制淬火温度和回火温度来达到，而采用强韧化工艺，由于细化了晶粒，即能提高硬度又能适当增强韧性。

横笛吹雨

1 硬度：
   序号       热处理工艺规范           回火后硬度（HRC）        使用寿命               失效形式
1      1280度油冷650度3次回火          64-66                        1000以上              崩刃、断裂
2   1230度油冷600度3次回火          64-66                           1000以上              崩刃、断裂
3      1230度油冷650度3次回火          51-56                         4000-5000以上    磨损
4      1180度油冷580度3次回火          60-62                        10000以上            磨损个别断裂
5     1130度油冷580度3次回火          52-54                          4000-5000           磨损
yangchunyuan09 发表于 2009-8-21 21:19

通过几组数据对比，有以下几个问题：
1、为什么1、2两组中的降低淬火温度没起作用？
2、为什么2、3中同样淬火温度而提高回火温度后的使用寿命会明显提高？
3、为什么4、5中相同的回火温度但因进一步降低淬火温度而降低了使用寿命？
4、第4组高寿命的原因是什么？

横笛吹雨

把豹工的帖子（http://www.rclbbs.com/redirect.p ... o=lastpost#lastpost  195楼）来个乾坤大挪移（真希望豹工自己移过来并补充参数）

【工件名称】外贸的电线杆***瓷****ping中的那个铁件
【材    料】45   
【主要尺寸】XX
【性能要求】HB180~250    疲劳性能XXX
【热处理工艺】正火后硬度一般在HB170以下，雾冷正火后表面硬度可以达到，但抗疲劳达不到。曾换成40Cr，正火硬度比较好保证，但仍存在正火后抗疲劳不理想的结果
【检测结果】见上一条：疲劳性能达不到
【调整工艺】45钢改为调质工艺
【复检结果】满足硬度及疲劳性能要求

所以因为

“第4组高寿命的原因是什么？”
W18C r4V高速钢做冲模， 60-62HRc的硬度是比较合适的，兼顾了硬度（耐磨性好）和韧性 （防止断裂）二个方面的性能。

横笛吹雨

24# 所以因为
但是通过高淬高回也能达到60-62HRc，会有一样的效果吗？

所以因为

我在24楼所说的硬度是比较合适的，严格地说和组织是有关系的，同样的硬度并不代表组织是完全相同的，特别对高合金钢而言；高合金钢的淬火温度范围是比较宽泛的，所以组织上是有差异的。虽然说高淬高回也能达到60-62HRc，但是高淬后碳化物充分溶解，对冲模来说并非是好事。高回后只是硬度相同，因为组织的差异，所以，在使用性能上反映出的同样是有差异的。

yangchunyuan09

1、降低淬火温度降低了但回火温度同样也降低了，回火后硬度也是很高的所以也容易崩刃、断裂
2、3的回火温度高，硬度降低了，具有一定的韧性，所以失效方式是磨损
3、4.5回火温度虽然一样，但淬火温度不一样
4、第4组高寿命的原因是强度和韧性综合作用的结果

横笛吹雨

27# yangchunyuan09
感谢回复。
能否从工艺变化对高速钢基体组织及碳化物的影响，进而对强度、韧性的影响方面做一下分析呢？

风雨行舟

我曾经在真空炉做过,w18 Cr4V2高速钢冲头,温度1240度,HRC65,回火温度560度3次,HRC64, 性能很好.

孤鸿踏雪

请问29#楼：性能很好，能否说具体点？有无量化指标？

孤鸿踏雪

回WJFU66版主（22#帖）
1、根据高速钢的合金化原理，高速钢的淬火温度较高（接近晶界熔化温度1320℃），一般其上限温度控制在1280℃，如果超过1300℃，晶粒将急剧长大而引起组织粗化，且使碳化物发生角状化，甚至造成连续或断续的网状碳化物，此时即表现为过热。
第1组试验采用1280℃油冷淬火，我分析它的实际温度要接近1300℃，原因是这类钢一般采用高温盐炉淬火，其测温采用辐射式高温计，而由于加热介质（熔融的BaCl2）在1200℃以上时就产生大量烟雾，如果抽风不良，会严重影响测温精度，根据帖子提供的硬度和失效机理亦可略见一斑；
第2组试验虽然降低了淬火温度（根据上条分析，其实际淬火温度也要高于1230℃，根据我本人过去做过的实验，它的实际温度应在1250~1260℃），但也同时也降低了回火温度，根据其实测硬度和失效模式，仍然是脆性断裂失效就不足为怪了；
3、第3组与第2组虽然采用同样的淬火温度，但其却提高了回火温度，所以它的硬度大幅度下降（韧性自然会提高了许多），所以其失效模式就表现为磨损失效；
4、第5组采用了很低的淬火温度和较低的回火温度，其硬度与第3组接近，失效模式和寿命也与第3组相仿乃情理之中；
5、再回头看帖子提供的第4组信息，因为它采用了较低淬火温度和回火温度，硬度适中，获得了较为良好的强、韧度匹配，所以它的寿命是这5组中最长的，看它的失效形态，是磨损和断裂兼而有之便知。
纵观这个帖子的提供的五组信息，从理论上讲，它的因果联系应该是无懈可击的，但实际情况是不是这样，这需要去验证，我们姑且不去怀疑它的真实性，仅从理论分析上，应该相信这个结果。
6、第4方案究竟是不是W18Cr4V制作模具的最佳热处理方案，很难确定。因为高速钢的热处理对其预备热处理要求很高，作者没有提供；其次，高速钢制作模具时应走强韧化处理工艺，帖子提供的工艺并不是；
7、高速钢淬火的淬火温度较高，因测温误差较大，给实际作业造成一定困难，所以，我们以前作刀具，一般都要制作几个小试棒（φ6~φ8的园钢中间车一环形槽）装炉淬火后敲断看断口形貌及组织，可为参考。

孤鸿踏雪

高速钢退火及强韧化热处理：
钨系高速钢如果在870~880℃长时间退火加热，会使Fe3W3C转变为稳定的WC，WC在淬火加热时难以溶入奥氏体，从而降低高速钢的热硬性。因此，高速钢的退火时间一般为2~3h。若装炉量较大，可延长至5~6h，W18Cr4V钢的退火保温时间不能超过6h。退火温度为Ac1（820℃）以上30~60℃，此时组织为奥氏体+碳化物。退火后缓冷得到的组织为：细珠光体+粒状碳化物，硬度大约在207~255HB范围。
等温退火可缩短其退火时间。加热温度一般为870~880℃，加热保温后迅速冷至其等温转变曲线拐弯处，约740~750℃，在此温度保温4~6h，使奥氏体等温分解，然后空冷。
淬火回火后由于硬度不足或过热造成的不合格件，可以重新淬火，应先经退火，其工艺可采用等温退火。在退火时应采取保护措施，防止工件氧化和脱碳。
高速钢常用的淬火温度为1260~1280℃，但由于熔融BaCl2烟雾严重影响测温精度，所以多选用1220~1240℃，盐浴炉加热系数为8~15s/mm，箱式炉是其2倍。
高速钢的强韧化处理就是贝氏体淬火亦即等温淬火。
为减小工件变形量，可采用多次分级均温+等温淬火的工艺方案。如：先后在580~620℃、350~400℃分级（均温），最后淬入240~280℃硝盐浴停留较长时间（2~4h），使一部分奥氏体转变为下贝氏体。这样的工艺，由于多次等温（分级）停留，本身会使淬火后的残奥量有所增加，且其最后淬火是在贝氏体转变温区进行的贝氏体淬火，所以其淬火后的组织是由“下贝氏体+适量残奥+部分马氏体+未溶碳化物”组成的复相组织，即获得强韧化效果。
还有一种二次贝氏体淬火的工艺，即在上述工艺之后，进行560℃回火，其后再淬入240~280℃硝盐浴内保持2~4h，产生所谓二次贝氏体，这样，降低组织应力，减小开裂倾向，此法适用于形状极其复杂的较大模块和特大刀具。

所以因为

如果我没有记错的话，21楼提供的是资料上的，我曾经看过，所以我的评分是“感谢上传! ”
杨工在31楼的分析很有道理，硬度适中，有良好的强、韧度匹配，是模具寿命延长的原因。我在26楼所说的“高淬后碳化物充分溶解，对冲模来说并非是好事”就是这个道理。
另外，W18C r4V常用的淬火温度为1260~1280℃，这是没有错的，对于W18C r4V刀具我们常用的淬火温度是1270℃，如果刀具淬火温度用1220~1240℃，感觉红硬性会受影响。

孤鸿踏雪

认同超版观点：我在32#帖所说的“高速钢常用的淬火温度为1260~1280℃，但由于熔融BaCl2烟雾严重影响测温精度，所以多选用1220~1240℃”，属表达模糊：我的实际意思是考虑到BaCl2烟雾造成的测温误差，选择在1220~1240℃，它的实际温度可能在1250~1270℃。这样可能给新手造成错觉，特此说明！如果使用真空炉，就不存在这个问题了。

横笛吹雨

首先感谢杨工的详细解答。
请教沈工和杨工（希望都回答）：
在崔崑院士的《钢铁材料与有色金属材料》一书中说，“高速钢的红硬性只与奥氏体的合金程度有关，所以淬火温度越高红硬性也就越高。”这也支持两位的刀具高温淬火说法。
1、就其原理来说，奥氏体中的合金元素含量高，则淬火马氏体中固溶的合金含量就高，在回火时的二次硬化效果（尤其是碳化物的弥散析出硬化）就肯定好。但如果在淬冷时冷速慢，则会从奥氏体中析出碳化物，这是是否会影响到最终的红硬性？
2、降低淬火温度，则溶入奥氏体的碳化物少，奥氏体的合金程度低，回火后的二次硬化效果（相应地即红硬性）也就降低。这对于不需要红硬性的冲模来说不算损失。但对于冲模所需要的韧性来说，从2、3组比较看，相同淬火温度因提高回火温度降低了硬度而提高了韧性并最终提高了冲模寿命。那么第四组在降低了淬火温度的前提下再适当提高回火（淬火）温度是否效果更佳？

孤鸿踏雪

回35#楼WJFU66专家，对你新提出的问题回答如下：
      就你提出的这些问题存在很多疑团。如“降低淬火温度，则溶入奥氏体的碳化物少，奥氏体的合金程度低”，那么未能溶如奥氏体的碳化物淬火后依然保留淬火前的“未溶”状态，也保留在了基体中；而提高淬火温度，则应该是“溶入奥氏体的碳化物多了，奥氏体的合金程度也高了”，但基体中的未溶碳化物数量却减少了，那么淬火后经高温回火弥散析出的碳化物相对是否会多一些呢？二者的整体效果却未必相当。原因是未溶碳化物和二次弥散析出的碳化物的结构和形态（比如像我32#帖所例举的两种钨的碳化物结构）不一定相同。
      再来分析一下版主所提“如果在淬冷时冷速慢，则会从奥氏体中析出碳化物，这是是否会影响到最终的红硬性？“问题，自奥氏体中析出的碳化物是何结构？文献资料鲜有介绍。在这种情况下，高速钢淬火后基体中的碳化物就更加扑朔迷离了：因为如此说来应有奥氏体化时未溶的，有因冷却速度过缓先行自奥氏体析出的，还有高温回火后弥散析出的三种碳化物。
     由此看来，哪种碳化物的红硬性更好，或者说那种碳化物才是制约红硬性的瓶颈是值得深入研究的！
     至于版主提出的”第4组的淬火温度在适当提高一点可否令其淬火效果更佳“的问题，我个人认为是肯定的，原因是根据这个帖子描述的第4组失效模式看，其失效特征是以磨损失效为主导，个别断裂。至于实际情况是不是这样，是需要试验验证的。
     一管之见，不当之处在所难免，敬请二位版主斧正！
”

所以因为

回34楼杨工：关于高速钢淬火温度是否恰当，我们采用的方法是，在正式生产前先试样进行淬火，然后看金相，晶粒度一般控制在9.5~10#范围就OK，并且每半个小时看一次。你们厉害，装炉淬火后敲断看断口形貌及组织， 是否也包括看金相啊？
王工在35楼的问题有劳你先说， 我理论基础太薄弱:lol

横笛吹雨

1、我想崔院士之所以说“高速钢的红硬性只与奥氏体的合金程度有关”，就是因为回火弥散析出的特殊碳化物不同于未溶碳化物，后者不能起二次硬化作用。进而自奥氏体中析出的碳化物是否也应该是没有回火弥散析出的特殊碳化物的二次硬化作用？所以第一个问题也是为了验证这一推想。
2、不好意思，第二个问题的最后一句话应该是“那么第四组在降低了淬火温度的前提下再适当提高回火（淬火）温度是否效果更佳？”，而不是括号中的淬火，我刚在35楼修改了。这个问题主要从提高回火温度是不是能进一步提高韧性角度考虑。

孤鸿踏雪

回37#楼超版：如若现场有条件看金相，那是最好不过了，但那时候我们现场不能看金相。只能根据断口形貌大概看一看组织的粗细。不过当时是有两位经验丰富的技师参与观察分析。

孤鸿踏雪

回38#楼版主：既然我错会了意思，那就按错的来分析又有何妨呢？根据第四组描述的失效模式，适当提高淬火温度，从理论上讲是没有问题的，但如何把握“适当”这个度，是需要试验来验证的。