ｌ艋界区淬火在最终热处理中的应用
张崇辉
（中国一重热处理厂黑龙江齐齐哈尔１６１０４２）
摘要：对低碳高合金钢经常出现的粗大晶粒的细化问题及混晶问题提出了新的理论与工艺，并在实际生产实践中得以应用和证实。关键词：临界区淬火；混晶：
细化晶粒
ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｒｉｔｉｃａｌＲｅｇｉｏｎＱｕｅｎｃｈｉｎｇｉｎＦｉｎａｌＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔ
ＺＨＡＮＧＣｈｏｎｇ－ｈｕｉ
（ＣｈｉｎａＮａｔｉｏｎａｌＹｉｚｈｏｎｇＧｒｏｕｐＣｏ．ＱｉｑｉｈａｅｒＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１６１０４２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｅｗｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｌｏｗｃａｒｂｏｎａｎｄｈｉｇｈａｌｌｏｙｓｔｅｅｌ，ｉｔｉｓａｐｐｌｙｅｄＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｉｔｉｃａｌｒｅｇｉｏｎｑｕｅｎｃｈｉｎｇ：
０１３
ｆｉｎｉｎｇｃｒａｓｓｉｔｕｄｅｃｒｙｓｔａｌｇｒａｉｎａｎｄｍｉｘｅｄｃｒｙｓｔａｌｇｒａｉｎｏｆｉｎｔｈｅｐｒａｃｔｉｃｅ．
ａｎｄｐｒｏｖｅｄ
ｍｉｘｅｄｃｒｙｓｔａｌｇｒａｉｎ：ｆｉｎｉｎｇｃｒｙｓｔａｌ伊ａｉｎ
我公司为电机制造行业生产轴端头，轮盘，叶轮等。材料为低碳高合金钢，具有明显的组织遗传现象，最终热处理时，电站等重要件对工件有晶粒度要求，一般对晶粒度的要求为大于等于４级，在最终热处理后，做性能检验时会出现晶粒粗大问题，晶粒度经常超过技术要求，而有些工件只有３级，甚或１级、０级或晶粒度为１级和４级、５级的混晶，这样会破坏工件的冲击韧性，降低工件的疲劳寿命，故而造成返修。针对这个问题，我们进行了工艺研究，调整工艺的方式或参数，使之保证技术要求。
图１调质前加正回火的晶粒度
１试验材料及方法：
采用２５ＣｒＮｉＭｏＶ钢制造的轴端头两件，均为由于晶粒粗大而探伤草状波严重正常调质后晶粒度不能合格的工件，采用了两个有细化晶粒功能的调质工艺。１）在调质前加一次正常正火工序。２）降低奥氏体化温度，将奥氏体化温度定在Ａｔ３温度以上５～１０℃。
２试验结果及分析：
２．１试验结果
在调质前加一次正火工序后，工件的力学性能合格，晶粒度为６级和４．５＂－－４级混晶（如图１），刚刚合格，效果不是很理想。
将工件加热至Ａｃｓ上１０℃淬火，高温回火，工件的机械性能合格，晶粒度为８～７．５级（如图２），贝氏体组织，效果及其理想。２．２结果分析及讨论
３１０
图２临界淬火的晶粒度
轴端头材料为２５ＣｒＮｉＭｏＶ低碳中高合金钢，具有明显的组织遗传现象，正常热处理时，采用同种最终热处理方式，为什么有的工件晶粒度合格，有的工件晶粒度不合格，这与工件的锻造质量有一定的关系。因为原始钢锭尺寸巨大，结晶过程缓慢，因而铸造组织异常粗大。锻造时，锻造周期长，加热次数多，而且锻比小，变形分布不均匀，内部组
《金属热处理》２００５年第３０卷增刊
织变形小，枝晶粉碎不彻底，混晶严重，加热速度很慢，在高温区域停留时间长。无锻比加热现象的存在。且组织遗传倾向十分强烈。终锻温度较高时，工件再结晶后产生的细小的晶粒之间相互吞并长大，形成粗大晶粒。由于本材质具有明显的组织遗传现象，第一热处理时，在锻造冷却后得到是非平衡组织，而且在重新加热通过临界区又不可能获得较快的加热速度，便为粗大的原始奥氏体晶粒的恢复与遗传造成了比较充分的条件。这种钢在进行最终热处理时，晶粒没有得到细化，粗大的晶粒被保存下来。晶粒度依然较粗大，必须在最终热处理解决，当最终热处理解决不了时，就造成返修。由于工件外型尺寸大，传统观念认为，对晶粒粗大的工件，一定要在调质前加入一道正火工序，让工件得到细的珠光体组织，以打破奥氏体与马氏体组织之间的可逆性，破坏晶粒遗传，达到细化晶粒的目的。或在调质工艺中使钢快速升温（５０００℃／ｈ），可以细化晶粒，而升温速度小于每分钟２～３℃时，组织出现晶粒遗传，不能细化晶粒。而生产中工件实际加热温度却正是这个温度范围即每小时小于８０℃。那么怎样解决生产中工件细化晶粒问题。
为什么在调质前加一次正火工序的方案效果不是很理想呢？这是因为正火工艺的温度为彳白以上３０～５０℃，在保温过程中原粗大晶粒的奥氏体内的组织成分并没有均匀化，当粗大晶粒奥氏体正火后形成的珠光体再奥氏体化时，奥氏体形核长大，在这较大过热度的影响下，相当于原粗大晶粒内部区域内所形成的晶粒由于成分差异较小，很容易迅速相互吞并长大。也就是说，相当于原粗大的晶粒部位的新形成的晶粒会迅速吞并长大至原晶粒大小，并没有起到太大的细化晶粒的作用。在调质后，经两次高温后工件的晶粒度得到一定的细化。
轴端头材料２５ＣｒＮｉＭｏＶ钢，是合金元素含量较高的钢，给这些钢加热至彳。稍上温度时，刚刚进行完奥氏体化，又由于其中含有大量的强碳化物形
参考文献：
成元素，强碳化形成元素的存在，即可以阻止碳原子的扩散，它本身的自扩散又比较慢。这样使奥氏体均匀化时间很长，所形成非常细小的初始奥氏体晶粒的长大所需时间很长。晶粒长大的速度较慢，而晶粒相互吞并的能量低，形成的细小的晶粒之间很难吞并长大，在随后的淬火冷却过程中，形成的马氏体晶粒就会细小。晶粒遗传现象得到抑制。
临界区淬火通过降低奥氏体转变温度，使合金碳化物溶入奥氏体的数量减少，未溶的稳定碳化物可以阻止奥氏体长大，也可以防止形成弥散相的合金元素被溶解后晶粒剧烈长大现象。降低奥氏体转变温度，降低了晶间自由能，降低了铁原子的自扩散能力，从而使晶界通过铁原子的自扩散而产生的迁移过程受阻，减慢了晶粒的长大速度。从而降低工件的晶粒度效果很好。
３结论
对于晶粒粗大的有组织遗传低碳高合金钢钢，传统观念认为淬火是不能细化晶粒的。我们认为，晶粒粗大的有组织遗传低碳高合金钢钢的晶粒细化，升温速度和冷却速度不是工件晶粒细化的关
键。什么是细化晶粒的关键？——淬火加热温度，
我们认为淬火加热温度是细化晶粒的关键。生产过程中我们采用临界区淬火成功地细化了晶粒的组
织。
临界区淬火返修可省掉一次正火序，并且可以进行直接淬火，力学性能与正常热处理的工件相比较，只是稍有降低，但力学性能仍然合格。即细化晶粒与调质同时进行，与传统的先细化后调质的工艺相比较，大大节省了能源，缩短了生产周期。
｛１）康大韬，叶国斌．大型锻件材料及热处理。北京：龙门书局，１９９８
《金属热处理》２００５年第３０卷增刊３１１
临界区淬火在最终热处理中的应用
作者：作者单位：
张崇辉
中国一重热处理厂(黑龙江齐齐哈尔)
本文读者也读过(9条)
1. 陆文林. 王勇. 冯泽舟. 海锦涛. LU Wen-lin. WANG Yong. FENG Ze-zhou. HAI Jin-tao 沙漏挤压镦粗复合加工技术[期刊论文]-塑性工程学报2000,7(4)
2. 陈彬. 林栋樑. 曾小勤. 卢晨. CHEN Bin. LIN Dong-liang. ZENG Xiao-qin. Lu CHEN 累积轧合法的研究现状及存在的问题[期刊论文]-机械工程材料2005,29(8)
3. 高殿奎. 韩立峰. Gao DianKui. Han Lifeng 循环加热低温淬火提高硅钢片凹模寿命[期刊论文]-燕山大学学报2000,24(2)
4. 毛新平. 孙新军. 刘清友. 霍向东. 高吉祥 薄板坯连铸连轧流程中纳米级析出物的研究[会议论文]-2007
5. 侯军占. 赵志龙. 阎光明. LIU Lin. HOU Jun-zhan. ZHAO Zhi-long. YAN Guang-ming. LIU Lin 晶粒细化对高温合金K4169切削加工性能的影响[期刊论文]-金属功能材料2007,14(4)
6. 魏盛春. 张守茁. 张瑞英. 席镇 变向平面挤压对6063铝合金的影响[会议论文]-2009
7. 苏东. 李绍康. 刘清友. 庄汉洲. 孙新军. SU Dong. LI Shao-kang. LIU Qing-you. ZHUANG Han-zhou. SUN Xin-jun EAF-CSP流程铌微合金钢混晶的分析及控制[期刊论文]-中国冶金2008,18(8)
8. 张国英. 刘春明. 张辉. Zhang Guo-Ying. Liu Chun-Ming. Zhang Hui 钢铁材料组织超细化机理的电子理论研究[期刊论文]-物理学报2005,54(2)
9. 魏伟. 陈光 大塑性变形制备纳米结构金属[期刊论文]-稀有金属2003,27(3)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_6014073.aspx
ｌ艋界区淬火在最终热处理中的应用
张崇辉
（中国一重热处理厂黑龙江齐齐哈尔１６１０４２）
摘要：对低碳高合金钢经常出现的粗大晶粒的细化问题及混晶问题提出了新的理论与工艺，并在实际生产实践中得以应用和证实。关键词：临界区淬火；混晶：
细化晶粒
ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｒｉｔｉｃａｌＲｅｇｉｏｎＱｕｅｎｃｈｉｎｇｉｎＦｉｎａｌＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔ
ＺＨＡＮＧＣｈｏｎｇ－ｈｕｉ
（ＣｈｉｎａＮａｔｉｏｎａｌＹｉｚｈｏｎｇＧｒｏｕｐＣｏ．ＱｉｑｉｈａｅｒＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１６１０４２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｅｗｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｌｏｗｃａｒｂｏｎａｎｄｈｉｇｈａｌｌｏｙｓｔｅｅｌ，ｉｔｉｓａｐｐｌｙｅｄＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｉｔｉｃａｌｒｅｇｉｏｎｑｕｅｎｃｈｉｎｇ：
０１３
ｆｉｎｉｎｇｃｒａｓｓｉｔｕｄｅｃｒｙｓｔａｌｇｒａｉｎａｎｄｍｉｘｅｄｃｒｙｓｔａｌｇｒａｉｎｏｆｉｎｔｈｅｐｒａｃｔｉｃｅ．
ａｎｄｐｒｏｖｅｄ
ｍｉｘｅｄｃｒｙｓｔａｌｇｒａｉｎ：ｆｉｎｉｎｇｃｒｙｓｔａｌ伊ａｉｎ
我公司为电机制造行业生产轴端头，轮盘，叶轮等。材料为低碳高合金钢，具有明显的组织遗传现象，最终热处理时，电站等重要件对工件有晶粒度要求，一般对晶粒度的要求为大于等于４级，在最终热处理后，做性能检验时会出现晶粒粗大问题，晶粒度经常超过技术要求，而有些工件只有３级，甚或１级、０级或晶粒度为１级和４级、５级的混晶，这样会破坏工件的冲击韧性，降低工件的疲劳寿命，故而造成返修。针对这个问题，我们进行了工艺研究，调整工艺的方式或参数，使之保证技术要求。
图１调质前加正回火的晶粒度
１试验材料及方法：
采用２５ＣｒＮｉＭｏＶ钢制造的轴端头两件，均为由于晶粒粗大而探伤草状波严重正常调质后晶粒度不能合格的工件，采用了两个有细化晶粒功能的调质工艺。１）在调质前加一次正常正火工序。２）降低奥氏体化温度，将奥氏体化温度定在Ａｔ３温度以上５～１０℃。
２试验结果及分析：
２．１试验结果
在调质前加一次正火工序后，工件的力学性能合格，晶粒度为６级和４．５＂－－４级混晶（如图１），刚刚合格，效果不是很理想。
将工件加热至Ａｃｓ上１０℃淬火，高温回火，工件的机械性能合格，晶粒度为８～７．５级（如图２），贝氏体组织，效果及其理想。２．２结果分析及讨论
３１０
图２临界淬火的晶粒度
轴端头材料为２５ＣｒＮｉＭｏＶ低碳中高合金钢，具有明显的组织遗传现象，正常热处理时，采用同种最终热处理方式，为什么有的工件晶粒度合格，有的工件晶粒度不合格，这与工件的锻造质量有一定的关系。因为原始钢锭尺寸巨大，结晶过程缓慢，因而铸造组织异常粗大。锻造时，锻造周期长，加热次数多，而且锻比小，变形分布不均匀，内部组
《金属热处理》２００５年第３０卷增刊
织变形小，枝晶粉碎不彻底，混晶严重，加热速度很慢，在高温区域停留时间长。无锻比加热现象的存在。且组织遗传倾向十分强烈。终锻温度较高时，工件再结晶后产生的细小的晶粒之间相互吞并长大，形成粗大晶粒。由于本材质具有明显的组织遗传现象，第一热处理时，在锻造冷却后得到是非平衡组织，而且在重新加热通过临界区又不可能获得较快的加热速度，便为粗大的原始奥氏体晶粒的恢复与遗传造成了比较充分的条件。这种钢在进行最终热处理时，晶粒没有得到细化，粗大的晶粒被保存下来。晶粒度依然较粗大，必须在最终热处理解决，当最终热处理解决不了时，就造成返修。由于工件外型尺寸大，传统观念认为，对晶粒粗大的工件，一定要在调质前加入一道正火工序，让工件得到细的珠光体组织，以打破奥氏体与马氏体组织之间的可逆性，破坏晶粒遗传，达到细化晶粒的目的。或在调质工艺中使钢快速升温（５０００℃／ｈ），可以细化晶粒，而升温速度小于每分钟２～３℃时，组织出现晶粒遗传，不能细化晶粒。而生产中工件实际加热温度却正是这个温度范围即每小时小于８０℃。那么怎样解决生产中工件细化晶粒问题。
为什么在调质前加一次正火工序的方案效果不是很理想呢？这是因为正火工艺的温度为彳白以上３０～５０℃，在保温过程中原粗大晶粒的奥氏体内的组织成分并没有均匀化，当粗大晶粒奥氏体正火后形成的珠光体再奥氏体化时，奥氏体形核长大，在这较大过热度的影响下，相当于原粗大晶粒内部区域内所形成的晶粒由于成分差异较小，很容易迅速相互吞并长大。也就是说，相当于原粗大的晶粒部位的新形成的晶粒会迅速吞并长大至原晶粒大小，并没有起到太大的细化晶粒的作用。在调质后，经两次高温后工件的晶粒度得到一定的细化。
轴端头材料２５ＣｒＮｉＭｏＶ钢，是合金元素含量较高的钢，给这些钢加热至彳。稍上温度时，刚刚进行完奥氏体化，又由于其中含有大量的强碳化物形
参考文献：
成元素，强碳化形成元素的存在，即可以阻止碳原子的扩散，它本身的自扩散又比较慢。这样使奥氏体均匀化时间很长，所形成非常细小的初始奥氏体晶粒的长大所需时间很长。晶粒长大的速度较慢，而晶粒相互吞并的能量低，形成的细小的晶粒之间很难吞并长大，在随后的淬火冷却过程中，形成的马氏体晶粒就会细小。晶粒遗传现象得到抑制。
临界区淬火通过降低奥氏体转变温度，使合金碳化物溶入奥氏体的数量减少，未溶的稳定碳化物可以阻止奥氏体长大，也可以防止形成弥散相的合金元素被溶解后晶粒剧烈长大现象。降低奥氏体转变温度，降低了晶间自由能，降低了铁原子的自扩散能力，从而使晶界通过铁原子的自扩散而产生的迁移过程受阻，减慢了晶粒的长大速度。从而降低工件的晶粒度效果很好。
３结论
对于晶粒粗大的有组织遗传低碳高合金钢钢，传统观念认为淬火是不能细化晶粒的。我们认为，晶粒粗大的有组织遗传低碳高合金钢钢的晶粒细化，升温速度和冷却速度不是工件晶粒细化的关
键。什么是细化晶粒的关键？——淬火加热温度，
我们认为淬火加热温度是细化晶粒的关键。生产过程中我们采用临界区淬火成功地细化了晶粒的组
织。
临界区淬火返修可省掉一次正火序，并且可以进行直接淬火，力学性能与正常热处理的工件相比较，只是稍有降低，但力学性能仍然合格。即细化晶粒与调质同时进行，与传统的先细化后调质的工艺相比较，大大节省了能源，缩短了生产周期。
｛１）康大韬，叶国斌．大型锻件材料及热处理。北京：龙门书局，１９９８
《金属热处理》２００５年第３０卷增刊３１１
临界区淬火在最终热处理中的应用
作者：作者单位：
张崇辉
中国一重热处理厂(黑龙江齐齐哈尔)
本文读者也读过(9条)
1. 陆文林. 王勇. 冯泽舟. 海锦涛. LU Wen-lin. WANG Yong. FENG Ze-zhou. HAI Jin-tao 沙漏挤压镦粗复合加工技术[期刊论文]-塑性工程学报2000,7(4)
2. 陈彬. 林栋樑. 曾小勤. 卢晨. CHEN Bin. LIN Dong-liang. ZENG Xiao-qin. Lu CHEN 累积轧合法的研究现状及存在的问题[期刊论文]-机械工程材料2005,29(8)
3. 高殿奎. 韩立峰. Gao DianKui. Han Lifeng 循环加热低温淬火提高硅钢片凹模寿命[期刊论文]-燕山大学学报2000,24(2)
4. 毛新平. 孙新军. 刘清友. 霍向东. 高吉祥 薄板坯连铸连轧流程中纳米级析出物的研究[会议论文]-2007
5. 侯军占. 赵志龙. 阎光明. LIU Lin. HOU Jun-zhan. ZHAO Zhi-long. YAN Guang-ming. LIU Lin 晶粒细化对高温合金K4169切削加工性能的影响[期刊论文]-金属功能材料2007,14(4)
6. 魏盛春. 张守茁. 张瑞英. 席镇 变向平面挤压对6063铝合金的影响[会议论文]-2009
7. 苏东. 李绍康. 刘清友. 庄汉洲. 孙新军. SU Dong. LI Shao-kang. LIU Qing-you. ZHUANG Han-zhou. SUN Xin-jun EAF-CSP流程铌微合金钢混晶的分析及控制[期刊论文]-中国冶金2008,18(8)
8. 张国英. 刘春明. 张辉. Zhang Guo-Ying. Liu Chun-Ming. Zhang Hui 钢铁材料组织超细化机理的电子理论研究[期刊论文]-物理学报2005,54(2)
9. 魏伟. 陈光 大塑性变形制备纳米结构金属[期刊论文]-稀有金属2003,27(3)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_6014073.aspx