低碳钢的等温球化处理

1．前言

近几年来,紧固件行业非标、异型件产品的增多,造成了冷挤压工艺得到了迅速发展,由于产品规格形状各异,这势必给这些零件的软化处理带来了更高的要求。例如,常用的冷镦钢线材ML8Ae、ML10、ML15或ML20,以SWRCH8A、SWRCH8A、SWRCH10A、SWRCH15A、SWRCH22A等牌号居多,要求进行球化退火,以获得铁素体基体上均匀分布的球状碳化物组织。球化组织硬度低、塑性好,冷作或冷挤压时不易产生裂纹。

对于断面缩减率达70%--85%的零件,若中间退火工艺不当,不仅不能充分发挥材料塑性,而且会给冷挤成型带来诸多困难。

2.退火工艺

①.退火前组织材料ML10钢,经金相检验,其组织为铁素体+片层状珠光体。硬度为66--72HRB,组织中有成分偏析,其带状组织≤3级。

②退火工艺试验

a.等温退火,900℃×3--5h炉冷,660—650℃等温4--6h炉冷,晶粒度5--6级,硬度55--58HRB,铁素体+片状珠光体,在6000KN油压机上冷挤成型时,,压力不稳定,有跳模现象。由于奥氏体化温度过高,形成的奥氏体成分均匀,减少了珠光体的形核率。因此,获得的是片层状珠光体组织,片状珠光体具有较大的相界面,晶界又是位错运动的最大障碍,加上片状珠光体中的亚晶界,构成许多亚晶粒,阻碍了塑性变形时位错的运动,使位错滑移受阻,变形抗力上升,塑性下降。

b.普通退火900℃×3--5h炉冷至500℃出炉,晶粒度5--6级,硬度56--60HRB,虽可以缩短退火时间,但是冷挤压一次合格率低,报废率达10%以上,并且冷挤件长短不一,有严重挤不足现象,这是因为普通退火时线材随炉冷却,各部分冷却不一致。而过冷奥氏体在连续冷却中进行,珠光体转变是在一定范围内进行的,高温区形成珠光体较粗,低温区形成的珠光体较细。这种粗细不等的珠光体将引起力学性能的不均匀,不利于零件的冷挤压。

c.等温球化退火760—770℃保温3--4h,炉冷至660—680℃等温4--6h至500℃出炉。由于降低了奥氏体化温度,渗碳体只部分溶解,碳化物呈小球,点状分布在铁素体基体上,晶粒度5--7级,硬度50--55HRB。根据铁碳状态理论,片状珠光体在保温过程中,由于其曲率半径不同,各处的溶解度不同,引起碳的扩散,打破了碳浓度的平衡,结果导致渗碳体的球化,得到有良好冷挤性能的组织,压力机压力稳定,冷挤压尺寸稳定,废品下降至0.5%以下。

由此可见,对冷形变量在70%--85%以上的低碳钢中间退火仅仅控制晶粒度和硬度是远远不够的,关键在于要控制渗碳体的形态。一般热处理手册和文献资料中较少低碳钢球化方面的论述,认为球化主要用于共析、过共析钢,实践证明,低碳钢在等温球化退火方面具有工艺优越性,其塑性良好,冷挤压冷成型效果明显。

3.小结

a.当冷挤压形变量在70%以上后,按传统普通退火工艺后得到片状珠光体,这样的组织变形抗力及加工硬化率都较高,不适宜于冷挤压冷成型。实践证明,等温球化退火不仅兼顾了硬度和晶粒度，还考虑了碳化物的形态，可以充分发挥低碳钢的塑性，使冷挤压冷成型一次合格率达99.5%以上。

b.低碳钢球化的关键是控制温度，加热温度一定要控制在Ac1+20--30℃，温度过高，则退火后便不能得到完全的球状珠光体，可能为球状和片状珠光体的混合物，甚至全部为片状珠光体。如果加热温度过低，则原来组织中的片状珠光体未能转变，这些都会影响材料的塑性。

c.低碳钢等温球化退火也要尽可能采用保护气氛保护，防止氧化脱碳，一般可采用甲醇滴注。