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用金相检测方法控制Cr12MoV软氮化件的质量

发布时间:2020-10-29   作者:丰东热技术   已阅读:
        Cr12MoV钢属于合金工具钢中的模具钢,软氮化工艺在此钢种的应用已有多年,一般采用硬度法检验生产流程中的质量,事实上,Cr12MoV软氮化件在生产过程中,每一道热加工工序对工件的金相组织都有一定的要求,所以,每一道热加工工序完成后,还应该用金相检测进行控制,以保证工件在今后的服役中具有较高的强度,高耐磨性和尺寸稳定性。
        Cr12MoV软氮化件通常的生产流程为:锻造一等温退火一粗加工一淬火、回火一精加工一软氮化一研磨。
        若工件的尺寸较小,也可以省去锻造、等温退火工序,直接用原材料进行加工,但是,虽省了两道工序,其金相组织要求仍与原来工序的要求一致。因此,原材料的金相检验仍必不可少。
        一、锻造的金相组织
        Cr12MoV软氮化件经锻造成形后,对脱碳层深度和共晶碳化物不均匀度有所限制。
        脱碳层深度控制在工件锻造余量的1/2左右,具体数字视工件大小而定。脱碳层一般由全脱碳层和半脱碳层组成,脱碳层的深度为全脱碳层深度和半脱碳层深度之和,这两层具有各自明显的组织特征,极易区别。Cr12MoV这种材料的全脱碳层金相组织与结构钢一样,全部为铁素体,它的半脱碳层的金相组织以一次、二次碳化物较心部组织减少为特征。如果粗加工后的半成品件表面残留脱碳层,工件在下一步淬火中容易过热、变形,甚至开裂。成品件表面如有脱碳层存在,它在使用过程中会成为工件早期失效的裂缝源。
        合格的共晶碳化物不均匀度级别,其金相组织表现为碳化物均匀分布或呈细带状均匀分布,如图1所示。大尺寸工件的合格级别可略放宽一点。该项不合格的金相组织为集聚碳化物呈较宽的带状或网状分布(图2)。碳化物不均匀性程度严重,将造成锻造或淬火时的过热、极大变形或开裂,使用时会出现崩裂等现象。
金相检测图片
        二、等温退火的金相组织
        Cr12MoV软氮化件经等温退火后,硬度控制在207—255HBS范围内,其金组织应为索氏体及分布均匀的块粒状碳化物(图3),图3所代表的工件,经检测,硬度是229HBS。
        等温退火后不合格的金相组织表现为索氏体过细、块粒状碳化物分布不均匀,具有这种组织的工件,它的硬度一般都会超过规定的要求,致使在随后的机械加工中发生困难。作为不理想的淬火预备组织,淬火时容易过热、变形或开裂。
等温退火的正常金相组织
        三、淬火、回火的金组织
        CrI2MoV钢的淬火、回火工艺有两种:一次硬化法和二次硬化法。对Cr12MoV软氮化件而言,由于软氮化温度的制约,只能采用二次硬化法,即较高温度淬火、多次高温回火。二次淬火法淬火的金相组织为马氏体、块粒状碳化物及少量残余奥氏体,并对马氏体的针叶长度有规定。淬火、回火的金相组织应为回火马氏体、块粒决碳化物(图4)。不合格的淬火、回火组织是粗大马氏体、块粒状碳化物及多量的残余奥氏体,有明显回火不充分的白区存在(图5)。这样的组织会引起工件尺寸不稳定和脆性增大。
        四、软氮化的金相组织
        软氮化的实质是低温碳氮共渗,Cr12MoV工件经软氮化处理后,心部组织仍保持淬火、回火的金相组织,表面组织分两层:表层为化合物层(白亮层),次表层为扩散层。软氮化处理的金相检验有三项:软氮化层深度、化合物层的疏松和扩散层的脉状氮化物。
        软氮化层深度的测量方法有硬度法和金相法,当有争议时用硬度法仲裁。用金相法测量软氮化层深的方法叙述如下:从工件表面测至与基体组织有明显分界处的垂直距离(图6)。图6中,表面白色层是化合层,次表层颜色较基体深的是扩散层,软氮化层深度为化合物和扩散层深度之和。
淬火、回火金相组织图片
Cr12MoV软氮化金相组织图片
        疏松指表面化合物层内微孔的密集程度,一般分5级,1级;化合物层致密,无微孔;5级:微孔占化合物3/4以上厚度,部分呈孔洞密集分布。重要零件1-2级合格,一般零件1-3级合格。疏松的形成与不同炉气成分混合比和处理温度有关。少量的轻微疏松存在,可以存储润滑油,对提高工件的抗咬性和磨合性有益,但如果出现大量的疏松孔洞,甚至呈分层状态,那就会严重地降低工件表面的致密性,在使用中容易产生分层剥落而使工件过早损坏。
脉状氮化物组织图片
        脉状氮化物指软氮化扩散层中与表面平行走向的脉浪状氮化物,也分为5级。1级:扩散层中有极少量呈脉状分布的氮化物;5级:扩散层中有连续网状分布的氮化物。重要零件1-2级合格,一般零件1-3级合格。图7中仅有少量氮化物呈脉状分布,属合格级别。图8属于不合格组织,显而易见,扩散层中氮化物呈断续网状分布。网状氮化物将加剧渗层的脆性,生产中必须严格控制。
        综上所述,Cr12MoV软氮化件的每一道热加工工序的金相组织合格与否,将对零件的质量起着举足轻重的作用,所以,改善金相组织,以获得理想组织已成为提高零件使用寿命的突破口。例如,有资料推荐采取固溶双细化工艺,此工艺使软氮化件心部组织中的碳化物棱角变圆钝,从而大大提高零件的耐磨性,但由于多增加了一道细化晶粒淬火,经济成本和操作难度增大,随着真空设备的普及,固溶双细化工艺定会获得进一步的推广。积极采用改善金相组织的新工艺,重视每一道热加工工序的金相检验,是提高零件使用寿命的有效途径。

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