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强烈淬火对钢的影响
作者：田淑芳
强烈掉火技术是通过在淬火冷却过程中控制工件表层和心部的冷却速度和冷却温度，以控制其组织转变的时间和数量，使工件获得所需要的组织和应力分布状态，既可避免工件淬裂和发生过大的畸变，又提高了工件的力学性能和使用寿命。
传统的火方法是淬火冷却越强烈，所得到的火组织就越理想，但工件的畸变和开裂倾向越大。常规淬火冷却到淬火剂温度时，钢件表层形成拉应力状态，强烈谇火则用小或低浓度盐水，强烈谇火的特点是冷速极快，在冷却中途，工件心部尚处于热态时便停止冷却，使其表面形成压应力。这样，就避免了钢件的过渡畸变和开裂。
1、淬火变形和开裂
在常规的热处理生产中，淬火工件发生变形和开裂是难以避免的，也是不好解决的问题，淬火变形和开裂都是淬火应力造成的。淬火应力分为热应力和组织应力两种，它们的成因和作用是不同的。一般情况下，工件表面温度变化总与心部不同，因而内外出现温度差，造成胀缩不均，便会产生内应力。在淬火急冷情况下，表面冷却比心部快的多，这样，表面收缩大，心部收缩小，心部便阻碍表面收缩，使表面发生弹性伸张，同时，表面使心部发生弹性压缩，这样就产生了局部的不均匀弹性变形出现内应力。冷却前期的应力状态是：表面存在拉应力，心部存在压应力。到了冷却后期，表面温度已降低，冷速渐小，而心部冷速加快，这时，表面反过来阻碍心部的冷缩，使心部弹性伸张，而心部使表面弹性压缩。结果内应力方向改变，表面为压应力，心部为拉应力。冷却终了的残余应力状态是表面存在压应力，而心部存在拉应力。钢的加热和冷却速度越大，则内外温差越大，因而热应力越大。
钢中发生相变时，由于不同组织的比容不同，因而必然发生比容变化，由于工件内外存在温度差，因而表面先转变而心部后转变，就产生了组织应力或相变应力。在钢中，马氏体比容最大，奥氏体比容最小。火时，工件表面首先冷到Ms点以下发生马氏体转变，体积要影胀，使表面受压，而表面使心部受拉。随着温度降低，表面已大部分转变完毕，心部才冷却到Ms点以下而开始转变，此时，心部要膨胀，但表面以成硬壳，阻碍心部胀大，使之受压，心部则使表面受拉。所以，转变后的组织应力状态，是表面存在拉应力，而心部存在压应力。
当热应力和相变应力，即淬火应力超过钢的屈服强度时，就造成工件的弹—塑性变形，使工件各部分发生胀缩弯扭等变化，形成尺寸改变。当淬火应力超过钢的强度极限时便会发生开裂。拉应力是造成开裂的主因，表面淬火裂纹大多是由于组织应力造成的。并且，热应力变形主要决定于Ms点以上的冷速，组织应力变形主要决定于Ms点以下的冷速。
2、强烈淬火原理
钢件淬火时其目的就是获得100%马氏体，因此，其冷却速度必须大于临界冷却速度。但在马氏体转变区提高冷速会使开裂的几率趋向最大，然后又逐新减小到零。这就说明，残余拉应力随冷速的增加逐步达到极大值，然后迅速降低，直到转变为压应力，此时形成火裂纹的几率就非常小了。
在强烈淬火过程中，由相变塑性引起的残余应力和奥氏体—马氏体转变的比容变化导致的残余应力的增加。在强烈冷却时，工件表面立即冷到槽液温度，心部温度几乎没有变化，快速冷却引起表面层收缩和被心部应力平衡的高拉伸应力。温度梯度的增加使初始马氏体转变造成的拉应力增加，而马氏体转变开始温度Ms的提高会引起相变塑性导致的表层膨胀，表面拉应力会明显减小，并转化为压应力，表面压应力数值和生成的表面马氏体量成正比。这种表面压应力决定着心部是否会在压缩条件下发生马氏体转变，或在进一步冷却时会使表面拉应力发生逆转。如果马氏体转变使心部体积影胀足够大，并且表层马氏体很硬很脆，就会使表层由于应力逆转而破裂。因此，钢件表层应出现压应力和心部的马氏体转变应尽可能晚发生。根据以上原理分析，得到结论，当表层形成最大压应力时，强烈火过程应停顿，随后在Ms温度保持等温冷却。这样就会延迟心部的冷却，使其马氏体转变变慢，在表层形成高的压应力。当表面硬化层达到一个优化厚度，并在表层达到最大应力值时。就完成强烈淬火的全部过程。从而，使工件开裂减小到最低程度。
3、实验和性能
将用作冷冲压模具的W6 Mo5Cr4V2高速钢，加热到1230oC后，分别放入冷却介质为油和15%NaCL溶液中进行常规火和强烈淬火，然后在4500C进行回火，由实验可得，与在油中进行常规淬火比较，W6 Mo5Cr4V2高速钢进行强烈火后，抗拉强度提高了大约20%, 屈服强度提高了大约27%, 而形成的淬火裂纹的几率几乎为零，其使用寿命提高了50%。
4、结东语
强烈淬火是一种打破常规的技术，强烈淬火技术的核心是在工件表层获得高的压应力。强烈火方法的优点是在表层形成压应力，降低产生裂纹的几率，提高硬度和强度，表层形成100%马氏体组织，会使给定钢种得到最大的淬硬层，故可用碳钢代替较费重的合金钢，强烈泞火可促使钢获得综合的力学性能和产生最小的工件骑变。
在已有的热处理实践中，如果想在钢件表层形成压应力就必须采用周期很长，能源消耗大，对环境污染的渗碳工艺或增加喷丸工序。然面，由于强烈淬火技术的出现，在许多情况下强烈火技术可以取代渗碳或取消喷丸。强烈火技术用水代替油或聚合物溶液可显若降低生产成本，从而减少淬火剂对环境的影响。
资料来源：网络
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