Как повысить твердость отливки и устранить остаточные напряжения с помощью термообработки
2025-11-28
Для высокоуглеродистых отливок с высоким содержанием хрома (например, Cr15Mo3, Cr20) основным подходом к повышению твердости и снятию напряжений является процесс «закалка при высокой температуре + отпуск при низкой температуре». Это сочетается с этапом предварительного нагрева для предотвращения растрескивания, при этом используются характеристики процесса для балансирования твердости и устранения напряжений. Конкретная методология заключается в следующем:
I. Основной процесс термообработки (Адаптировано к свойствам высокоуглеродистых и высокохромистых материалов)
1. Полный технологический процесс (четырехэтапный подход, с предотвращением растрескивания в качестве ключевого момента)
(1) Поэтапный предварительный нагрев:
Температура повышается в 2-3 этапа. Сначала нагревают до 350-400 °C и выдерживают в течение 2-3 часов (для удаления остаточной влаги и поверхностных напряжений из отливки). Затем повышают до 650-700 °C и выдерживают в течение 3-4 часов (для уменьшения термических ударов при последующем высокотемпературном нагреве и предотвращения растрескивания).
(2) Закалка Нагрев: Повысьте температуру до 950–1050 °C (критическая температура аустенитизации для высокоуглеродистой стали с высоким содержанием хрома, чтобы обеспечить полный твердый раствор углерода и хрома). Время выдержки рассчитывается по толщине стенки (40–60 минут на 10 мм толщины; для больших/толстых деталей время выдержки увеличивается, чтобы гарантировать однородную микроструктуру).
(3) Охлаждение при закаливании: использовать комбинированное «масляное охлаждение + воздушное охлаждение». Погрузить отливки в масло для охлаждения до 200–300 °C (быстрое получение мартенсита, значительно повышающего твердость), затем извлечь для воздушного охлаждения до температуры окружающей среды (предотвращение новых напряжений от низкотемпературного масляного охлаждения).
(4) Низкотемпературная отпускная обработка: нагрейте до 180–220 °C и выдержите в течение 4–6 часов (полностью устраняя остаточные напряжения закалки, стабилизируя мартенситную структуру для предотвращения деформации во время использования; одновременно избегая снижения твердости, вызванного чрезмерно высокими температурами отпуска).
2. Конечные результаты
Твердость: достигает 60–65 по шкале HRC, что полностью соответствует требованиям к износостойкости (например, молотки дробилок, шлифовальные валки);
Напряжение: степень устранения напряжения более 90 %, что эффективно предотвращает разрушение и поломки отливок, вызванные концентрацией напряжений в условиях износостойкости.
II. Важные меры предосторожности (предотвращение сбоев в процессе)
1. Строго контролируйте температуру закалки: температура ниже 950 °C приводит к неполной аустенитизации и недостаточной твердости; температура выше 1050 °C может вызвать крупнозернистую структуру и хрупкость отливок.
2. Запрет на прямой нагрев до высокой температуры: высокоуглеродистые и высокохромистые отливки имеют плохую теплопроводность. Пропуск предварительного нагрева и непосредственное повышение температуры до точки закалки может привести к растрескиванию из-за чрезмерных температурных градиентов.
3. Медленное охлаждение после отпуска: после низкотемпературного отпуска охладите в печи до температуры ниже 150 °C, прежде чем извлекать для охлаждения на воздухе. Это предотвращает повторное накопление напряжений, вызванное быстрым охлаждением.
III. Дополнительные примечания (разъяснение распространенных заблуждений)
Высокоуглеродистые и высокохромистые отливки не требуют высокотемпературной закалки для повышения твердости по следующей причине: их твердость обусловлена «мартенситной структурой, образовавшейся после закалки». Высокотемпературная закалка (выше 500 °C) приводит к разложению мартенсита на перлит/цементит, что приводит к значительному снижению твердости (возможно, ниже HRC 40) и полной потере износостойкости.
