碳素工具钢球化退火工艺方法及影响球化质量的因素

碳素工具钢球化退火工艺方法及影响球化质量的因素
⒈碳素工具钢球化退火工艺方法有以下几种。(来源：上海荔锋模具钢材有限公司）
⑴、在稍低于的Ac1温度下长时间加热保温球化退火。采用这种方法，如果原始组织为马氏体或贝氏体，球化过程是从这些非平衡组织的基体上析出碳化物并长大为球状，实质是淬火加高温回火，形成回火珠光体；若原始组织为片状珠光体，球化则是通过溶解和沉积的碳扩散过程，使片状渗碳体首先断开，然后逐渐变成球状，这种工艺生产周期长，不宜采用。
⑵、一般球化退火。亦称缓冷球化退火，是将钢加热到略高于的Ac1温度，保温后缓冷，在缓冷过程中形成粒状珠光体，是常用的球化退火方法，但球化质量一般不如等温球化退火。
⑶、等温球化退火。是将钢加热到略高于的Ac1温度，保温后较快地冷却到Ar1稍下的温度，在等温过程完成球化珠光体的转变，是常用的退火方法，球化质量一般优于普通球化退火。
⑷、周期球化退火。是将钢加热到略高于Ac1的温度保温一定时间，然后冷却到Ar1稍下的温度保温一定时间，再次加热到略高于Ac1以上某一温度保温一定时间，再次冷却到Ar1稍下的温度保温一定时间，如此往复多次。这种工艺方法球化质量好，但工艺复杂，适用于难于球化，而且又对球化质量要求很严的场合。
⑸、形变球化退火。是一种施以形变后再进行球化退火的工艺方法，目前仍在试验过程中。
此外，球化方法还有快速球化和往复热处理多次球化法等。
⒉影响球化质量的因素有以下几个方面。
⑴、化学成分的影响。碳素工具钢随着含碳量的增加，碳化物的数量增多，可获得球状碳化物的奥氏体化的加热温度范围增宽，这是T10~T13含碳量高的碳素工具钢相对于含碳量较低的T7~T9钢易于球化的重要原因。因为在同样的加热温度下，含碳量较高的钢剩余碳化物质点多，奥氏体成分不均匀性大，有利于球化碳化物核心的形成。
⑵、原始组织的影响。原始组织越细，在奥氏体化时所得到的残留碳化物颗粒也越多，冷却时的球化核心也越多，球化效果便越好；反之，球化效果就差。如果原始组织中有网状碳化物，经球化退火后可变成断续链状碳化物，需要预先用正火的办法加以消除。正常锻轧后空冷和经正火后的组织都比较细小，是良好的球化退火前的原始组织。
⑶、加热温度和加热时间的影响。当加热温比较低(如稍高于Ac1)且加热时间又较短时，原片状珠光体中的碳化物溶解不够充分，退火后将得到细粒状加细片状混合的珠光体组织，通常称为“欠热组织”。当球化退火加热温度过高时，碳化物大量溶入奥氏体，残留碳化物数量减少，奥氏体成分趋向均匀，因形成球状碳化物的核心减少，退火后将得到部分或全部粗大片状珠光体，这就是“过热组织”。欠热组织和过热组织相比较，欠热组织间距小，片的尺寸短小，当珠光体片层间距稍大时，片的尺寸仍然短小且弯曲；过热组织的片间距大，片长且直，即使片间距小，片的形态仍然是长而直的。
⑷、冷却速度的影响。在球化的冷却条件下，冷速慢或等温温度高时，碳化物是颗粒聚集尺寸增大；冷速快或等温温度低时，因过冷度增大，碳化物形核率增加，加之聚集不充分，所得碳化物的颗粒细小。
综上所述，在原始组织正常的条件下，加热温度高于Ac1的球化退火，加热温度及保温时间是决定碳化物是否球化的关键因素，如果加热温度合适，保温时间正常，就可得到球状珠光体组织。冷却速度或等温温度则是影响碳化物弥散度(即尺寸大小)的关键因素，冷却速度慢或等温温度高，碳化物聚集充分，尺寸较大，反之则细小。换言之，碳化物的形态取决于加热温度和保温时间，碳化物尺寸取决于冷却速度或等温温度。
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