淬火温度淬火温度对高硼高速钢显微组织的影响

在普通高速钢材料中，加入适量硼来取代普通高速钢中价格昂贵的合金元素，设计了一种新型的高硼高速钢材料。经研究淬火温度对0.4%～0.5%C和1.0%～1.5%B的高硼高速钢显微组织的影响。结果表明，高硼高速钢的铸态组织由铁素体、珠光体和少量马氏体以及硼碳化合物组成，硼碳化合物由M₂₃(B，C)₆、(W，Mo)₂(B，C)，M3(B_1.5，C_0.5)和M(B_0.7，C_0.3)组成，呈网状和鱼骨状沿晶界分布。淬火处理后，基体组织转变成板条马氏体，含有4%残留奥氏体，硼碳化合物的类型没有发生变化，但数量减少。在950～1100℃内淬火，硼碳化合物局部发生溶解，出现断网现象；随着淬火温度的升高，断网现象越来越明显，从而减轻了对基体的割裂作用 。

相关结论：

（1）含0.3%～0.5%C和含0.5%～2.5%B的高硼高速钢的铸态显微组织由铁素体、珠光体和少量马氏体以及硼碳化合物组成，硼碳化合物呈网状和鱼骨状沿晶界分布；并且，硼碳化合物由M₂₃(B，C)₆、(W，Mo)₂(B，C)，M3(B_1.5，C_0.5)和M(B_0.7，C_0.3)组成。

（2）高硼高速钢经高温淬火后，基体组织都转变成了强韧性好的板条马氏体，并含有少量残留奥氏体，含量在4%左右；

（3）在950～1050℃范围内淬火，硼碳化合物发生局部溶解，出现断网现象，随着淬火温度的升高，断网现象越来越明显。

（4）高硼高速钢经淬火处理后，硼碳化合物的类型没有发生变化，其数量减少。

淬火温度又叫淬火加热温度，是指对将进行淬火处理的工件进行加热所达到的最高温度，也是其进行冷却处理时的初始温度，其在临界温度以上。通常亚共析钢的淬火温度为Ac3以上30~50度；共析钢或过共析钢的淬火温度为Ac1以上30~50度。

随淬火温度的升高，M2高速钢的硬度、红硬性增加，但超过某一极限温度（1250℃左右）时，钢的硬度、红硬性又开始下降。与此同时随淬火温度的升高，M2高速钢的韧性逐渐降低，特别是超过1220 ℃时，韧性下降明显。

单纯从提高刀具的硬度、耐磨性、红硬性的角度考虑，M2高速钢采用高的淬火温度是有利的，但淬火温度过高，高速钢韧性显著降低，而且过高的淬火温度使热处理能耗增加，热处理炉的寿命缩短，导致刀具的生产成本提高。因此对于制作硬度和红硬性有特殊要求的刀具，M2高速钢的淬火温度宜选择1230～1250℃，而对于韧性有特殊要求的刀具，M2高速钢的淬火温度宜在1190～1220 ℃之间进行调整 。

（1）提高淬火温度可以逐渐减少中碳钢淬火组织中片状马氏体的数量，获得以板条马氏体为主的组织。继续提高淬火温度，将会在板条马氏体边界形成明显数量的薄片状残留奥氏体。

（2）在500℃回火1.5h 4h，并未改变淬火马氏体的主要特征；片状马氏体的孪晶界上有渗碳体析出，但仍保留有孪晶亚结构；板条状马氏体内的魏氏组织形态的渗碳体正在溶解，板条边界析出了短条状的渗碳体。板条边界残留奥氏体在回火时的分解，促进了渗碳体沿板条马氏体边界的连续析出，形成了连续分布的渗碳体薄片。

（3）适当提高中碳钢的淬火温度，可以通过增加淬火组织中的板条马氏体比例，来改善高温回火状态下的断裂韧度。随着板条马氏体数量的增多，钢在断裂时表现出以塑性断裂机制为主的断裂特点。

（4）经较高温度淬火并回火后，由残留奥氏体分解引起的沿马氏体边界连续分布的渗碳体，会大大损害钢的断裂韧度，造成一定的晶间断裂倾向。

（5）延长500℃的回火时间，可以通过碳化物的球化及片状马氏体内孪晶亚结构的逐渐消除，提高淬火及高温回火状态下的断裂韧度值，增大钢在断裂时塑性断裂机制的比例，大大减小晶间断裂的危险 。

淬火温度是钢件淬火过程的重要工艺参数，常用钢的淬火温度在热处理手册和有关技术书中都有数据可查，在生产中一般皆以此为选择淬火温度的依据，这是无可非议的。但是，随着近儿年来对马氏体形貌和强韧化原理的深人研究，以及大量的工艺试验和实践，为我们如何更合理地选择淬火温度，提供了新的依据和经验。由于在制定工艺或实际操作中，能正确选振和严格控制淬火温度，往往可以使多种工模具的使用寿命显著提高，取得明显的经济效益 。

原则上可根据相图来确定这类合金的加热温度，如《选择淬火温度示意图》所示：

淬火加热温度的下限为固溶度曲线（ab），而上限为开始熔化温度。一般进行淬火一时效处理的合金。合金元素浓度高。由《选择淬火温度示意图》可知，淬火温度的要求比较严格，容许的波动范围小。例如某些铝合金淬火温度仅容许±（2～3）℃的波动。因此，淬火加热所采用的设备一般为温度能准确控制以及炉内温度均匀的浴炉和气体循环炉，工件以单片或单件的方式悬挂于炉中，这不仅能保证均匀加热，而且能保证淬火时均匀冷却。当然，对于淬火温度范围较宽的合金，淬火加热就易于控制。

淬火时金属内部会发生一系列物理、化学变化，除最主要的相态变化外，还会产生再结晶、晶粒长大以及与周围介质的作用等，这些变化对淬火后合金的性能都会带来影响。在确定淬火温度时，应根据不同合金的特点予以考虑。例如，在不发生过烧的前提下，提高淬火温度有助于时效强化过程，但某些合金（6A02铝合金）在高温下晶粒长大倾向大，则应限制最高的加热温度。

过烧是淬火时易出现的缺陷。轻微过烧时，表面特征不明显，显微组织观察到晶界稍变粗，并有少量球状易熔组成物，晶粒亦较大。反映在性能上，冲击韧性降低，腐蚀速率大为增加。严重过烧时，除了晶界出现易熔物薄层，晶内出现球状易熔物外，粗大的晶界平直、严重氧化。三个晶粒的衔接点呈黑三角，有时出现沿晶界的裂纹。在制品表面，颜色发暗，有时也出现气泡等凸出晶粒。

轮箍钢的含碳量在0.5-0.7%,淬火后的金相组织为片状马氏体和板状马氏体的棍合物。而片状马氏体一与板状马氏体在相同的强度下，前者的塑性、冲击韧性和平面应变断裂韧性较低。实践表明，较低的淬火温度有利于形成板状马氏体。因此，我们选用较低的淬火温度(760-780℃)，以保证奥氏体中含碳量低于0. 6%，获得板状马氏体为主的结构形态。