調質處理
作者：華民姜曉135 8312 9701（多年鋼棒調質處理經驗）
淬火+高溫回火=是淬火加高溫回火的雙重熱處理，其目的是使工件具有良好的綜合機械性能。
1.調質處理
1.1調質處理爐
鋼的熱處理工藝包括退火、正火、淬火、回火和表面熱處理等方法。其中回火又包括調質處理和時效處理。 鋼的回火：按照所希望的機械性能將已經淬火的鋼重新加熱到（350℃～650℃）一定溫度之間進行，碳是以細均分布的滲碳體形式析出。隨著回火溫度的增加，碳化物的顆粒就增大，屈服點和拉伸強度就下降，降低硬度和脆性，延伸率和收縮率就升高。其目的是消除淬火產生的內應力，以取得預期的力學性能。
回火分高溫回火、中溫回火和低溫回火三類。
高溫回火：500℃~650℃
中溫回火：300℃~450℃
低溫回火：150℃~250℃
1.2.調質處理方法
調質處理：淬火后高溫回火的熱處理方法稱為調質處理。高溫回火是指在500-650℃之間進行回火。調質可以使鋼的性能，材質得到很大程度的調整，其強度、塑性和韌性都較好，具有良好的綜合機械性能。調質處理后得到回火索氏體。回火索氏體(tempered sorbite)是馬氏體于回火時形成的，在光學鏡相顯微鏡下放大500~600倍以上才能分辨出來，其為鐵素體基體內分布著碳化物（包括滲碳體）球粒的復合組織。它也是馬氏體的一種回火組織，是鐵素體與粒狀碳化物的混合物。此時的鐵素體已基本無碳的過飽和度，碳化物也為穩定型碳化物。常溫下是一種平衡組織。
1.3.時效處理方法
時效處理：為了消除精密量具或模具、零件在長期使用中尺寸、形狀發生變化，常在低溫回火后（低溫回火溫度150-250℃）精加工前，把工件重新加熱到100-150℃，保持5-20小時，這種為穩定精密制件質量的處理，稱為時效。對在低溫或動載荷條件下的鋼材構件進行時效處理，以消除殘余應力，穩定鋼材組織和尺寸，尤為重要。
2.分類
調質鋼有碳素調質鋼和合金調質鋼二大類，不管是碳鋼還是合金鋼，其含碳量控制比較嚴格。如果含碳量過高，調質后工件的強度雖高，但韌性不夠，如含碳量過低，韌性提高而強度不足。為使調質件得到好的綜合性能，一般含碳量控制在0.30~0.50%。
調質淬火時，要求工件整個截面淬透，使工件得到以細針狀淬火馬氏體為主的顯微組織。通過高溫回火，得到以均勻回火索氏體為主的顯微組織。小型工廠不可能每爐搞金相分析，一般只作硬度測試，這就是說，淬火后的硬度必須達到該材料的淬火硬度，回火后硬度按圖要求來檢查。
3.應用及案例
調質常常應用在中碳(低合金)結構鋼，也用在低合金鑄鋼中。總之對力學要求高的結構零部件都要進行調質處理。 （hardening and tempering；thermal refining） 金屬材料熱處理工藝之一。材料在淬火后高溫回火叫調質處理。目的是使鋼件有很高的韌性和足夠的強度，具有綜合的優良機械性能。例如立軸、絲杠、齒輪等。一般是在零件加工后進行，也可將粗坯調質后再進行機械加工。
3.1、45鋼的調質
45鋼是中碳結構鋼，冷熱加工性能都不錯，機械性能較好，且價格低、來源廣，所以應用廣泛。它的最大弱點是淬透性低，截面尺寸大和要求比較高的工件不宜采用。
45鋼淬火溫度在A3+(30~50)℃，在實際操作中，一般是取上限的。偏高的淬火溫度可以使工件加熱速度加快，表面氧化減少，且能提高工效。為使工件的奧氏體均勻化，就需要足夠的保溫時間。如果實際裝爐量大，就需適當延長保溫時間。不然，可能會出現因加熱不均勻造成硬度不足的現象。但保溫時間過長，也會也出現晶粒粗大，氧化脫碳嚴重的弊病，影響淬火質量。我們認為，如裝爐量大于工藝文件的規定，加熱保溫時間需延長1/5。
因為45鋼淬透性低，故應采用冷卻速度大的10%鹽水溶液。工件入水后，應該淬透，但不是冷透，如果工件在鹽水中冷透，就有可能使工件開裂，這是因為當工件冷卻到180℃左右時，奧氏體迅速轉變為馬氏體造成過大的組織應力所致。因此，當淬火工件快冷到該溫度區域，就應采取緩冷的方法。由于出水溫度難以掌握，須憑經驗操作，當水中的工件抖動停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜動不宜靜，應按照工件的幾何形狀，作規則運動。靜止的冷卻介質加上靜止的工件，導致硬度不均勻，應力不均勻而使工件變形大，甚至開裂。
45鋼調質件淬火后的硬度應該達到HRC56~59，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就說明工件未得到完全淬火，組織中可能出現索氏體甚至鐵素體組織，這種組織通過回火，仍然保留在基體中，達不到調質的目的。
45鋼淬火后的高溫回火，加熱溫度通常為560~600℃，硬度要求為HRC22~34。因為調質的目的是得到綜合機械性能，所以硬度范圍比較寬。但圖紙有硬度要求的，就要按圖紙要求調整回火溫度，以保證硬度。如有些軸類零件要求強度高，硬度要求就高；而有些齒輪、帶鍵槽的軸類零件，因調質后還要進行銑、插加工，硬度要求就低些。關于回火保溫時間，視硬度要求和工件大小而定，我們認為，回火后的硬度取決于回火溫度，與回火時間關系不大，但必須回透，一般工件回火保溫時間總在一小時以上。
3.2、40Cr鋼的調質處理 Cr能增加鋼的淬透性，提高鋼的強度和回火穩定性，具有優良的機械性能。截面尺寸大或重要的調質工件，應采用Cr鋼。但Cr鋼有第二類回火脆性。
40Cr工件調質的淬回火，各種參數工藝卡片都有規定，我們在實際操作中體會是：
（一）40Cr工件淬火后應采用油冷，40Cr鋼的淬透性較好，在油中冷卻能淬硬，而且工件的變形、開裂傾向小。但是小型企業在供油緊張的情況下，對形狀不復雜的工件，可以在水中淬火，并未發現開裂，只是操作者要憑經驗嚴格掌握入水、出水的溫度。
（二）40Cr工件調質后硬度仍然偏高，第二次回火溫度就要增加20~50℃，不然，硬度降低困難。
（三）40Cr工件高溫回火后，形狀復雜的在油中冷卻，簡單的在水中冷卻，目的是避免第二類回火脆性的影響。回火快冷后的工件，必要時再施以消除應力處理。三 影響調質工件的質量，操作工的水平是個重要因素，同時，還有設備、材料和調質前加工等多方面的原因，我們認為： （一）工件從加熱爐轉移到冷卻槽速度緩慢，工件入水的溫度已降到低于Ar3臨界點，產生部分分解，工件得到不完全淬火組織，達不到硬度要求。所以小零件冷卻液要講究速度，大工件予冷要掌握時間。 （二）工件裝爐量要合理，以1~2層為宜，工件相互重疊造成加熱不均勻，導致硬度不勻。 （三）工件入水排列應保持一定距離，過密使工件近處蒸氣膜破裂受阻，造成工件接近面硬度偏低。 （四）開爐淬火，不能一口氣淬完，應視爐溫下降程度，中途閉爐重新升溫，以便前后工件淬后硬度一致。 （五）要注意冷卻液的溫度，10%鹽水的溫度如高于60℃，不能使用。冷卻液不能有油污、泥漿等雜質，不然，會出現硬度不足或不均勻現象。 （六）未經加工毛坯調質，硬度不會均勻，如要得到好的調質質量，毛坯應粗車，棒料要鍛打。 （七）嚴把質量關，淬火后硬度偏低1~3個單位，可以調整回火溫度來達到硬度要求。但淬火后工件硬度過低，有的甚至只有HRC25~35，必須重新淬火，絕不能只施以中溫或低溫回火以達到圖紙要求完事，不然，失去了調質的意義，并有可能產生嚴重的后果。
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