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1、 e a t - t r e at -l 常 规 热 处 理 高碳马氏体不锈钢4 4 0 C 的热处理工艺 航天精工有限公司 ( 天津 3 0 0 3 0 0 ) 叶文君胡隆伟王J 4 4 0 C 是一种高碳、高铬的马氏体不锈钢 ，其碳 含量 ( 质量 分数 )达到 1 左右 ，为提高耐蚀性 ， 在C r l 3 型不锈钢的基础上 ，将铬含量增加 到1 7 ， 经过热处理强化可获得很高的强度和硬度 ，在各类 不锈钢中是最高的。由于其高碳 、高铬 的特性 ，热 处理后碳化物数量多，耐磨性好 ，同时耐蚀性也较 好 。4 4 0 C主要 用于一些有高硬 度 、耐磨和耐 蚀性 要求的零 件，如轴承、轴
2、瓦、喷嘴和阀座等 。该钢 含碳量高，生产时可能会遇到脱碳 、淬裂和残 留奥 氏体等问题 ，是较难进行热处理的钢种。本文主要 介绍4 4 0 C 的热处理工艺及其原理。 1 合金成分 4 4 0 C 钢 的化 学成 分见表 1 ，采 用湿化 学 法测 定 图5 D 位置横截面组织形貌 图6 淬硬层组织形貌 2 分析 从化学成分 、硬度检测结果可以看出 ，该 出力 轴的化学成分 中c r 含量略高于上限 ；该零件的硬度 也不均匀 ，图l 中同一轴颈位置 ，硬度竞存在着 明 显差异 ，部分区域呈现偏高的淬火硬度 ，属热处理 不当造成。 从 图3 图5 金相组织上看 ，该 出力轴断裂部位 为调 质加热
3、不 充分的组 织 ，存 在大量 的游 离铁素 4 6 造 争蔼 工 表1 不锈钢4 4 0 0的化学成分 ( 质量分数) ( ) 2 热处理工艺 4 4 0 C不锈钢的热处理工艺主要有退火、淬火、 冷处理和 回火。在F e C Cr 三元相图中 ，1 7 Cr 含 量截面上 ，其Ac 1 约为8 1 5 ， c 3 约为8 4 0 ，Ar 约为7 4 0 ， Ar 约为7 6 5 ，热处理 工艺的制订应 以此为依据。 ( 1 )退火4 4 0 C 的退火又分为普通退 火和去 应 力退 火( 又称 亚临界退 火 )。普通退 火工艺 为 l 6 5 0 。 F ( 8 9 9 )保温 ，保温时间根
4、据工件最大截 面 厚度确定 ，然后 以低于5 0 。 F ( 2 8 ) h 的速 度 冷却至 1 1 0 0 。 F ( 5 9 3 ) ，空冷。退 火后硬度应在 体 ，属调质淬火 加热温 度不足所 致 ，因而 此处 强 度 、硬 度均相对较低 ，从断裂位置看 ，断裂部位存 在结构上的变化 ，并且 由图5 可知 ，该 出力轴沿纵 向呈明显的带状偏析状态 ，说 明调质淬火前的正火 不充分 ，预备热处理组织不均 匀；由图6 可知 ，该 出力轴 淬火组织为细小的马氏体 ，说明该 出力轴局 部淬火温度 、冷却速度合理 ，但从硬度角度看 ，回 火温度不够。 3 结语 综上所述 ，从理化检验的各项结果看
5、 ，该出力 轴的化学成分及热处理过程均存在着严重问题 ，造 成 了整个零件 力学性能不均匀 ，内部存在严重的组 织应 力，加之结构上的变化也存在相对薄弱环节 ， 在外力作用下强度较低的部位最易发生脆性 断裂 。 MW ( 2 【 ) l 3 0 9 1 8 ) 2 5 5 HBW以下 。 去 应 力退 火 工 艺 为 1 2 5 01 3 5 0 。 F ( 6 7 7 7 3 2 )保温 ，保温时 间根据工件最大截面 厚度确 定 ，空冷或炉冷。 ( 2 )淬火4 4 0 C的淬火应安排预热 ，大 工件 推荐两 段预 热 ，工艺 如下 ：8 0 0 预热3 0 mi n ，升 温至1 0 0
6、0 第二段预热3 0 mi n ，升温至 1 0 5 2 保温 3 0 mi n ，油淬 ，小 工件可不进行第二段预热 。淬火 后硬度应 5 8 H R C。 ( 3 )冷 处 理 降 温至 一1 0 0 。 F2 0 。 F ( 一 7 3 1 1 )，保温2 h ，升温至室温 。 ( 4 )回火根 据技术要求选 择不同的 回火温 度 ，至少两次回火 ，回火之间可进行冷处理 。 3 热处理原理 4 4 0 C 含碳量高 ，热处理过程 中一定要防止脱碳 或增碳 ，表面脱碳严重将会影响到硬度和耐磨性 ， 脱碳深度允许值见表2 。 表2 不锈4 4 0 C的脱碳允许值 直径 ra m 2 O 脱碳
7、深度 m m 0 0 5 1 0 0 8 l 0 1 0 0 1 5 ( 1 )淬 火 淬火温度 的选择最主要影 响因素 是残 留奥氏体 ( Y )含量。淬火温度较低 时 ，溶 入奥 氏体基体的碳化物较 少 ， Ms 点高 ，淬火后 Y 少 ，但 由于碳化物溶解较 少 ，易造成组织不均匀的 情况 ，特别是当莱 氏体碳 化物 出现偏析时。淬火温 度 较高 时 ，碳化 物溶解 充分 ，此时 Y相很稳 定 ， M s 点下 降 ，淬 火后 易造 成 Y 过 多 ，淬 火硬 度降 低 。淬火温度和硬度的关 系见图1 。 6 5 U 茔6 0 醚 5 5 5 0 4 5 _ 一一 。 _ 一 L l f
8、 1 0 0 0 1 0 2 0 1 0 4 0 l 0 6 0 l 0 8 0 l 1 O O 淬火温度 c 图1 4 4 0 C 淬火温度与硬度的关系 淬火加热时 ，需要进行预热 ，一是为 了减轻淬 火变形 ，二是减小工件的加热应 力。应根据零件尺 e a t - t r e a t -I 常 规 热 处 理 寸选择预热段数 ，小零件可只采用一段预热。为防 止脱碳，淬火加热可使用真空炉，淬火冷却介质应 使用油 ，该钢合金化程度高 ，淬透性好 ，且碳含量 高 ，冷速过快 易开 裂 ；淬 火冷却速度太慢 ，则 v 含量增 多。 ( 2 )冷处理 由于碳含量较高 ，4 4 0 C 淬火后 组织中
9、存在大量的 v ，这些 v 如果在回火时未转 变 ，使用中就会缓慢分解 ，转变成马 氏体 ，使工件 尺寸 膨胀 。同时 ，这 些马 氏体析 出碳 化物 又会收 缩 ，使 工件尺 寸反复 变化 ，这 对精密 设备和量具 而言是 很严重 的 问题 ，因此淬 火后一 定要进行 冷 处理 ，使 Y 充分转化 。形状 复杂 的零件 为防止 开 裂 ，淬火后可先在 1 0 0 C左右进行去应力处理 ，淬 火后的零件如果长 时间在室温放置 ，会造成 y 稳 定化 ，导致冷处理 也使 Y 转变 困难 ，因此淬火后 2 h 内就应进行冷处理 ，但冷处理时必须保证工件心 部温度达到室温。冷处理温度在 一9 0 。
10、 F ( 一6 8 ) 以下即可 ，温度太低时 ，能量过低 ，转变反而难以 进行 。淬火时如果有淬不均匀或脱碳现象 ，冷处理 时就易发生开裂 ，冷处理后升温速度过快也易发生 开裂 ，因此冷处理后宜在静止的空气中升温。 ( 3 )回火4 4 0 C 要 求至 少 回火两 次 ，主要 是使 v 充分转变 。一些尺 寸精 度要求高的零件 ， 应在 回火之 间补充冷处理 ，避免 Y 转变不充分 ， 长期使 用中尺寸不稳定 ， Y 在低温下分解速度较 慢 ，可交替进行 回火和冷处理 。随着 回火温度的升 高 ，硬 度首先 呈下降趋 势 ，但在5 0 0 左右会 出现 二次硬化 ，此温度下 v 可部分分解 ，热处理后硬 度达 t 5 9 H R C 左右 ，回火温度与硬度关系见图2 。 | 图2 1 0 5 2 淬火时4 4 0 C 的回火硬度 4 热处理工艺制订 4 4 0 C 的热处理工艺可按以下路线执行 ：淬火一 ( 去应力)一冷处理一回火一 ( 冷处理)一回火一 ( 冷处理)一 ( 回火 )。括号 内的工步按实际情况 和产品技术要求取舍 。MW ( 2 0 1 3 1 1 0 4 ) 磊 謦 4 7
