為促進我國熱處理技術的發展,我們應全面了解熱處理技術的現狀和水平,掌握其發展趨勢,大力發展先進的熱處理新技術、新工藝、新材料、新設備,用高新技術改造傳統的熱處理技術,實現“優質、高效、節能、降耗、無污染、低成本、專業化生產”,主要趨勢如下。
在新的加熱源中,以高能率熱源最為引人注目。高能率熱處理在減小工件變形、獲得特殊組織性能和表面狀態方面具有很大的優越性,可以提高工件表面的耐磨性、耐蝕性,延長其使用壽命。高能率熱處理近年來發展很快,是金屬材料表面改性技術最活躍的領域之一,其中激光熱處理和離子注入表面改性技術在國外已進入生產階段。我國一汽、二汽、西安內燃機配件廠等單位,都已建立了汽車發動機缸套的激光表面淬火生產線,但由于高能率熱處理的設備費用昂貴等原因,目前我國尚未大量應用,但其發展前景廣闊,今后將會成為很有前途的熱處理工藝。
在熱處理時實現少無氧化加熱,是減少金屬氧化損耗、保證工件表面質量的必備條件,而采用真空和可控氣氛則是實現少無氧化加熱的主要途徑。在表面加熱方面,感應加熱具有加熱速度快、工件表面氧化脫碳少、變形小、節能、公害小、生產率高、易實現機械化和自動化等優點,是一種經濟節能的表面加熱手段,主要用于工件的表面加熱淬火。高能率加熱具有加熱速度快、表面質量好、變形小、能耗低、無污
淬火介質是實施淬火工藝過程的重要保證,對熱處理后工件的質量影響很大。正確選擇和合理使用淬火介質,可以減小工件變形,防止開裂,保證達到所要求的組織和性能。
在熱處理生產中,常用的淬火介質有水、油、鹽類等,它們各有優缺點。如用油淬火,雖然對減小工件變形和開裂很有利,但對淬透性較差或尺寸較大的工件淬不硬,且油易老化,對周圍環境的污染大,有發生火災的危險。為此,要對原有淬火介質的性能進行改進,并積極開發應用冷卻速度介于水和油之間、并可根據需要調整冷卻速度,同時又經濟、安全、無污染的新型淬火介質。
無機物水溶液淬火劑和有機聚合物淬火劑是新型淬火介質的發展重點,特別是有機聚合物淬火劑的研究和應用尤為引人注目,其優點是無毒、無煙、無臭、無腐蝕、不燃燒、抗老化、使用安全可靠、且冷卻性能好、冷卻速度可調、適用范圍廣、工件淬硬均勻、可明顯減少淬火變形和開裂傾向。從提高工件質量、改善勞動條件、避免火災和節能的角度考慮,有機聚合物淬火劑有逐步取代淬火油的趨勢,是淬火介質的主要發展方向,尤其是對于水淬開裂、變形大,油淬不硬的工件,采用有機聚合物淬火劑更是成功的選擇。目前,世界上應用最多的是聚烷撐乙二醇(PAG類)淬火劑,它具有逆溶性,冷卻速度在鹽水和冷油之間,適用的淬火鋼種范圍廣,使用壽命長。還有聚丙烯酸鹽(ACR類)淬火劑、聚氧化吡咯烷酮(PVP類)淬火劑和聚乙基惡唑啉(PEO類)淬火劑等,也獲得一定程度的應用。
多年來,我國在淬火介質的研究和應用方面,做了大量的工作,取得了一定的成績,基本上滿足了熱處理生產的需要,但與國外的先進水平相比差距很大,并落后于熱處理其它技術領域的發展,是熱處理行業中的一個薄弱環節,今后應當給予重視和加強。
為了使工件實現理想的冷卻,獲得最佳的淬火效果,除根據工件所用的材料、技術要求、服役條件等,來合理選用淬火介質外,還需不斷改進現有的淬火方法,并采用新的淬火方法。如采用高壓氣冷淬火法、強烈淬火法、流態床冷卻淬火法、水空氣混合劑冷卻法、沸騰水淬火法、熱油淬火法、深冷處理法等,均能改善淬火介質的冷卻性能,使工件冷卻均勻,獲得很好的淬硬效果,有效地減少工件的變形和開裂。
低碳馬氏體是低碳低合金鋼經強烈淬火急冷后得到的一種顯微組織結構,具有優良的綜合機械性能以及良好的冷加工性和可焊性。近二十年來,我國開展了低碳馬氏體及其應用研究工作,取得了很大的成績。例如,低碳馬氏體的強度比中碳調質鋼高1/3以上,且綜合性能良好,用來代替某些中碳調質鋼(如高強度螺栓等),可使構件重量成倍減輕;低碳馬氏體還具有很高的耐磨性能,可用來制造某些要求耐磨性好的零件(如拖拉機履帶板等)。總之,低碳馬氏體在石油、煤炭、鐵道、汽車、拖拉機等部門應用廣泛,收到了提高性能、減輕重量、延長使用壽命、簡化工藝、節約能源、節約合金元素、降低成本等技術經濟效果。
貝氏體鋼能夠空冷自硬,并將冶金熱加工工序與產品成型制造工序相連接,具有良好的強韌性配合、生產工序簡單、節約能源、污染少、成本低等優點,因而引起廣泛的重視。至今國際上空冷貝氏體鋼系列有兩類:一類是以英國P.B.Pickering為首于50年代發明的MO-B系貝氏體鋼,但因鉬的價格昂貴而使其發展受到限制;另一類是以我國清華大學方鴻生教授為首于70年代初期發明的MN-B系貝氏體鋼,現己發展有低碳、中低碳、中碳、中高碳系列十多個鋼種,應用到耐磨鋼球、襯板、齒板、沖擊錘、刮板、截齒、離心鑄管、汽車前軸、連桿、液壓支架等,取得了很好的技術效果和顯著的經濟效益,成為貝氏體鋼發展的重要方向。目前我國MN-B系貝氏體鋼己達到年產15萬噸的規模,在“九五”末期將達到70萬噸/年,占到全國特殊鋼產量的5%~10%。
大連鐵道學院戚正風教授等研制成功無萊氏體高速鋼,其合金元素與一般高速鋼相同,碳含量則降低到鋼水凝固時不形成共晶碳化物(萊氏體)、而又能在淬火回火后整體具有足夠的強度、韌性與硬度的水平。這種鋼加工成刀具后,通過滲碳,使表層得到≥70HRC的高硬度和600℃4次回火后仍能保持 67HRC的紅硬性,同時得到55HRC高強韌性的心部,可使刀具使用壽命提高幾倍。
70年代我國與美國、芬蘭等國家同時研制成功A-B球鐵,并獲得了實際應用,由于A-B球鐵既具有較高的強度和硬度,又具有良好的塑性和韌性,因而被廣泛用于汽車、拖拉機、內燃機的齒輪、連桿、軸類等結構件以及礦山磨球、錘頭等耐磨零件。80年代以后,國內外又從A-B球鐵化學成分與熱處理工藝兩個方面深入進行研究。前者通過提高合金成份來得到鑄態A-B球鐵,以期取消成本高、工效低的等溫淬火工藝;后者則努力完善熱處理工藝,提高機械化和自動化水平,以提高生產效率。