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| 差错导致失败——热处理教训！ |
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许多技术工作中，失败、出现问题，往往都因为一些不值得一提的小事，并非技术关键所造成，也非书本上提到的典型理论在具体运用上的错误，这些小事说到底就是差错！所以，很值得吸取教训，引以为诫。 在分析这些差错、失误时，就会发现之所以出问题，常常不是由于不知道“应该”怎样做，而是由于不注意“不要”或“不宜”做什么，从而出现废品或次品。下面我举几个例子，大家讨论，读者也可在留言区留言，分享你们的热处理心得，参与讨论。要求较高硬度且尺寸较大的淬火件不能采用碳钢！零件淬火后表面可达到的硬度取决于钢材的淬硬性、截面尺寸和淬火剂。在其它条件一定时，随零件尺寸的增大，淬火后其表面硬度下降。因此，在设计选择淬火件的材料时，必须考虑淬火硬度与尺寸的效应。而对于碳钢，由于其淬透性较差，其淬火硬度与尺寸效应比较明显，当所设计的零件截面尺寸大于所选用钢种的临界淬透直径时，是达不到预定的硬度要求的。因此，对于达种工件，应选用淬透性更好的合金钢。网友观点：在经常碰到这样情况，材料淬透性不好，又要求较高的表面硬度和心部硬度，达不到要求，怎么办呢？只能偷工减料了。降低回火温度呀，回火时间等等。导致后使用寿命呀，疲劳强度呀 都会有很大问题。 网友观点：很多企业中材料选择和技术要求都是设计人员提出来的，并不通过材料或热处理技术人员评审和协商，造成材料选择和技术要求不适应。关键是提高设计人员的金属材料方面的能力和水平。但现实中很难，可能要经过N次出问题才有可能更改设计。2.在机械设计时，不能机械地套用手册中所列材料的力学性能数据 各种手册中所列力学性能数量，一般都是根据能淬透的小尺寸试样（Ø15～25mm）作试验而得到的数据。因此在使用这些数据时必须注意尺寸效应对力学性能的影响。当零件直径（厚度）与材料临界淬透直径相近时可采用手册中的数据作为设计与选材的依据。当零件尺寸大于材料临界直径较多时，随着截面尺寸的增大，钢材的力学性能将降低（这种现象称为尺寸效应），尤其是对于淬透性低的钢，其尺寸效应特别明显。 如经过调质处理的45钢，当直径为100mm时，其ReL或Rp0.2（老标准σs）（yield strength）值较Ø30mm相比下降约30%，韧性下降约50％。因此，如果保待零件形状尺寸不变，则应改选淬透性较大的材料。如不改变材料，则应按所降低的力学性能相应地增大零件截面尺寸，否则会由于零件热处理后达不到实际要求的性能而造成零件早期失效。网友观点：现在搞机械设计的基本上都直接照搬相关标准的数据，他们可不会管那个数据是用多粗的试样做出来的。而且有的标准里也规定了适用的尺寸范围，超尺寸的按照一定的比例降低要求，但实际上，降低的比例往往太少，很难做到。不爽的就是硬度要求，一般标准给出硬度的较少，设计方面就会出现力学数据照标准，硬度数据自己决定，搞得我们郁闷啊 ！！网友观点：一个是：大型衬板，材质为高碳铬钼钢，设计提的技术要求强度2000MPa（要实现此强度，硬度必然较高），冲击功30以上，结果产品按照强度要求生产出来后，冲击功只有个位数，而且产品在回火后、转运途中和用户现场（未安装）和安装后不久均出现过大量断裂事故。后不得已设计才答应更改技术要求，降低了过高的强度要求，生产上随之更改了生产工艺，此后产品使用超过了设计寿命！另一个是：H13钢产品，整套48件，尺寸约400*200*160，产品形状不规则，结构上有沿纵向贯穿的定位槽（槽底倒角R1mm），设计要求淬火硬度HRC55~62。生产上要求降低硬度要求未果后，按原定标准生产，结果产品还未发货就出现大批断裂事故，补废后发至用户现场又有一件断裂，用户使用实际时间不足一年，产品继续断裂达8件！裂纹形貌刚直，为应力裂纹（与槽底应力集中也有关系），分析认为就是技术要求不顾产品实际尺寸而片面强调高硬度，从而导致热处理后残余应力过大，而终导致产品批量断裂。3.形状复杂的淬火件不能选用变形大的钢 形状复杂的工件，在淬火时由于热应力及组织应力的作用，则会在工件的内部产生很大的内应力，从而会导致工件的变形，甚至开裂而使上件报废。要想消除淬火时产生的副作用．必须没法减少淬火冷却速度，要想在较低冷速下也能淬硬，必须选用淬透性较好，也就是变形小的钢种，临界冷却速度较低的合金钢。这里主要指调质钢类。这类钢可以分为。低淬透性、中淬透性和搞淬透性。这样来比较比较好。本来没有形状限制的工件选用低淬透性钢就可以了，但是由于形状复杂，那就选用中淬透性，甚至高淬透性钢来降低热处理的难度！网友观点：为了节省成本或者就是设计人员不懂热处理工艺性，选择了也得干，都加工完了不会直接废掉的，只能说尽量小心，采用预冷等措施来减少变形。网友观点：这里阐述了一个问题，一个是热处理工作者在制定复杂工件热处理工艺时，要充分考虑应力分布情况，制定出合理的工艺。二是在选材方面，应充分考虑到机械零件的使用状况，而正确选材。网友提问：请教下为什么淬透性较好的钢种，变形小，能详细帮忙分析下吗？学习了这么多，你们能解答吗？请写在末尾留言区。。。4.在淬火油槽内要严防有水进入 虽然油的冷却能力比水小很多，但油的冷却特性比水好得多。在650～400℃其冷却能力不如水，在低温其冷却能力也比较小，因此油是某些小截面合金钢常用的淬火剂。但是，若把水无意地带入普通淬火油中，因油非水溶性，油则会与水乳化，形成乳化液，这种介质在冷却能力方面一定比油差，就是90%的水，10%的油的乳化液，其冷却特性也赶不上纯油。这种乳化液在300℃左右，其冷却能力超过油，而这种冷却作用正是我们所不希望的。若油为非乳化液，水与油分层存在，水位于油槽的底部，在淬火时一种可能会引起工件淬火变形开裂，若水层较厚，淬火时迅速汽化的水可能会引起爆炸。 但是，对于水油双介质淬火也不可避免，这就要管理到位，定期分离！网友观点：公司一批42CrMol零件淬火开裂，主要原因三条：1.锻件未正火。2.880°C温度加热淬火。3.油中含水2%以上。网友观点：还有一点需要提出来淬火油中混入水份 会延长其蒸气膜 导致淬火硬度不均匀变形。网友观点：某年某夏季，因下暴雨，部分雨水从油槽的排烟管道进入车间淬火油槽，造成2个月内的产品不论大小变形量猛增，教训惨痛，后进行加热淬火油排水气得到解决！5.淬火夹具的设计与制造不能无原则的随意制造 为了保证淬火工件能合理的加热和按正确的方式浸入淬火剂中，提高生产效率，在生产中往往要设计和制造一些夹具。但淬火夹具设计的好坏对产品的质量有很大关系，因此淬火夹具的设计与制造不可随意迸行，必须满足以下要求： (1）赤热时经不起工件给予的负重，加热冷却时夹具的变形妨碍工件的自由伸长的夹具、挂具不宜使用，不然就会导致夹具在淬火过程中断裂、变形，甚至使工件严重变形，影响淬火过程的迸行和淬火质量。 (2）夹具的体积和重量过大、过重不宜使用，不然夹具会造成更多地热损失。工件入炉时，会使炉温急剧下降，延长加热时间，降低了生产效率和提高了能耗。 (3）结构上影响工件冷却的夹具不宜使用否则会造成工件的变形和硬度不均，严重时会造成局部淬不上火。 (4）用作夹具的材料不宜采用高碳钢，好采用低碳钢，主要是因为高碳钢难以焊接制造，易于从断口处断裂，影响淬火。另外，高碳钢易于氧化脱碳，在反复冲火时．会因反胡、复淬硬而折断，使用寿命较短。6.采用高温淬火的高合金模具不能用一次长时间回火代替多次回火 高温淬火的高合金模具要进行多次回火，如由3Cr2W8钢制造的热锻模要进行两次以上的回火。这是因为这些高温淬火的高合金工件，淬火后组织内有更多的残余奥氏体，多次回火之目的就是使残余奥氏体在回火冷却时完成向马氏体转变，使残余奥氏体转变的马氏体再转变成回火马氏体。若采用一次长时间回火则难以实现上述组织转变，属回火不充分，便会导致二次硬化现象不明显，工件尺寸稳定性较差，脆性较大，寿命偏低。网友提问：这一段中，脆性较大这个词不理解。残奥转变不充分，脆性相对小才是，难道因为使用过程中的形变诱发马氏体相变？求指导。汪老师解答：一方面残留奥氏体转变不充分，另一个方面是淬火马氏体回火不充分。虽然残留奥氏体韧性好，但是和马氏体比较比例小！所以脆性突出些！网友观点：确实如此。因为每次回火过程都是一次重新激活残留奥氏体向马氏体转变的过程，如果用一次长时间回火代替多次回火，相当于仅激活一次。回火时间其实透烧即可，与保持时间长短没有太大关系。问题的关键是,要了解残留奥氏体促变理论.这一理论认为高碳高合金钢淬火后高温回火对残留奥氏体的消减作用,其原理是,高温回火的加热过程赋予了残留奥氏体重新转变的动力(能量),真正的转变是在冷却过程进行的.所以,重新转变能力的大小与加热温度有关;转变量与冷却过程有关.即反复回火使得残留奥氏体一次比一次少.网友案例：实用模具的重复回火 对实用模具（特别是高合金工具钢）在特定温度下回火时，采用长时间一次回火与适时多次回火，其效果是大不相同的。现以压铸模用钢DKA（约相当于4Cr5MoVSi）为例加以分析。 图8-7是压铸模用钢DKA的S曲线。现将壁厚为150mm的模具从淬火温度空冷淬火，模具表面的冷却曲线（细实线）从a点、模具心部的冷却曲线（粗实线）从c点分别到达Ms点，如果采用连续冷却，表面从b点到Mf点（约50℃）则马氏体转变结束，应立即装炉回火，这时心部只到达d点（约200℃），马氏体转变约完成80%而残留20%奥氏体，如果心部继续冷却至室温，则表面将有冷裂的危险，所以在进入回火时，表面和心部分别比b点和d点的温度要高。如果在e-f温度回火，从S曲线可了解到：即使经过数十小时，残余奥氏体也不转变，在d点残留的20%的奥氏体，继续保留到f点然后冷却，到达h点后发生马氏体转变，至i点结束，与此相对应，表面部分通过b→e→f→g 成为完全回火组织。网友案例：不怕外行领导内行，就怕伪内行领导内行。真实案例：高速钢镗刀淬火后硬度62HRC，技术要求62-64，“内行”领导要求：160°回火就行了，温度高了硬度就不够了“操作工哭了，从没见过高速钢低温回火的，我说，不是不能低温回火，看什么用途？当班没有回火炉高温回火，可以暂时放入低温炉内回火，防止开裂。但绝不是因为淬火硬度低（实际不低）而不敢用高温回火高速钢560°三次回火完全可以将62HRC回到64HRC。这就是伪内行！end
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