熱處理是非常重要的技術(shù)，它改變了鋼的微觀組織結(jié)構(gòu)，因而影響工具鋼的力學(xué)性能。熱處理總體是由升溫、保溫和降溫三個(gè)過(guò)程構(gòu)成，具體到每個(gè)階段還有一些工藝細(xì)節(jié)，比如升溫，如何升溫？如何降溫等都成為熱處理的關(guān)鍵，也決定著的熱處理的結(jié)果。
加熱至硬化溫度
正如所言，材料中包含的應(yīng)力在熱處理期間會(huì)使其產(chǎn)生變形。為此，應(yīng)避免加熱期間產(chǎn)生熱應(yīng)力。因此，加熱至硬化溫度的基本規(guī)則是：升溫過(guò)程一定要緩慢進(jìn)行，每分鐘僅增加幾度。在熱處理中，升溫過(guò)程被稱(chēng)為斜坡(ramping)。
在硬化過(guò)程中，斜坡應(yīng)該在不同步驟中進(jìn)行，在中間溫度下停止該過(guò)程，通常稱(chēng)為預(yù)熱步驟。其原因是使部件的表面和中心之間的溫度相等。通常選擇的預(yù)熱溫度為600-650℃（1100-1200?F）和800-850℃（1450-1560?F）。在鋼的熱處理過(guò)程中升溫，保溫和降溫是技術(shù)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。
在處理具有復(fù)雜幾何形狀的大型工具的情況下，推薦應(yīng)用第三步預(yù)熱，在接近完全奧氏體區(qū)域。
在硬化溫度保溫時(shí)間
很難針對(duì)所有的情況給出確切的建議。在每種情況下必須考慮諸如加熱爐的類(lèi)型、硬化溫度與加熱爐的尺寸有關(guān)的爐料重量，爐料中不同部件的幾何形狀等因素。熱電偶的使用幾乎可以涵蓋加熱爐中不同工具不同區(qū)域的溫度。
當(dāng)爐子中的部件的芯部達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，斜坡步驟結(jié)束。然后將溫度保持恒定一定量的時(shí)間，這稱(chēng)為保溫時(shí)間。
一般建議保溫時(shí)間為30分鐘。在高速鋼的情況下，當(dāng)硬化溫度高于1100℃（2000?F）時(shí)，保溫時(shí)間將較短。如果保溫時(shí)間延長(zhǎng)，則可能出現(xiàn)類(lèi)似晶粒生長(zhǎng)等微觀組織結(jié)構(gòu)問(wèn)題。
淬火
通常應(yīng)該在快速和慢速淬火速率之間的選擇折衷方案。為了獲得最佳的微觀組織結(jié)構(gòu)和工具性能，淬火速率應(yīng)該是快速的。為了使畸變最小化，建議使用較慢的淬火速率。
緩慢淬火導(dǎo)致部件的表面和芯之間的較小溫度差，并且不同厚度的部分將具有更均勻的冷卻速率。在低于Ms溫度的馬氏體范圍內(nèi)淬火時(shí)，這是非常重要的。
馬氏體形成導(dǎo)致材料中的體積和應(yīng)力增加。這也是為什么在達(dá)到室溫之前應(yīng)該中斷淬火的原因，通常在50-70℃。然而，如果淬火速率太慢，特別是對(duì)于較重的橫截面，則可能發(fā)生微結(jié)構(gòu)中的不期望的變形，從而存在工具性能差的風(fēng)險(xiǎn)。
如今，用于合金鋼的淬火介質(zhì)有：硬化油、聚合物溶液、空氣和惰性氣體?？諝庥不Ａ粲糜诰哂懈叽阃感缘匿?，這在大多數(shù)情況下主要?dú)w因于錳、鉻和鉬的組合存在于鋼中。通過(guò)階梯淬火或者分級(jí)淬火可以減少變形和硬化裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。在該方法中，材料在兩個(gè)步驟中淬火。首先，將其從硬化溫度冷卻直到表面的溫度剛好高于Ms溫度。然后必須保溫在那里直到表面和芯之間的溫度均衡。此后，冷卻過(guò)程繼續(xù)。這種方法允許芯和表面幾乎同時(shí)轉(zhuǎn)變成馬氏體并減少熱應(yīng)力。當(dāng)在真空爐中淬火時(shí)，階梯淬火也是可能的。
在一個(gè)部件中可以獲得的最大冷卻速率取決于鋼的熱導(dǎo)率，淬火介質(zhì)的冷卻能力和部件的橫截面積。
不良的淬火速率將導(dǎo)致在部件芯部的晶粒邊界處的碳化物沉淀，并且這對(duì)鋼的機(jī)械性能非常不利的。此外，對(duì)于具有較大橫截面的工具，較大部件的表面處所獲得的硬度可以比較小部件的更低，因?yàn)閺男静總鬟f至表面的大量熱量會(huì)產(chǎn)生自回火效應(yīng)。
一些實(shí)際問(wèn)題
在高溫下，鋼很可能遭受氧化和碳含量的變化（滲碳或脫碳）。保護(hù)性氣氛和真空技術(shù)是解決這些問(wèn)題的答案。脫碳導(dǎo)致低的表面硬度低并增加了開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，滲碳可能導(dǎo)致兩個(gè)不同的問(wèn)題：
•首先也是最容易識(shí)別的是形成較硬的表面層，這可能產(chǎn)生負(fù)面影響。
•其次可能的問(wèn)題是表面殘留奧氏體。在許多情況下，當(dāng)采用光學(xué)顯微鏡觀察時(shí)，殘留奧氏體可能與鐵素體混淆。
這兩個(gè)相還具有相似的硬度。因此，一開(kāi)始可以確定為脫碳可能在一些情況下是完全相反的問(wèn)題。由于這些原因，使熱處理的氣氛不影響部件的碳含量是非常關(guān)鍵的。
加熱時(shí)采用密封不銹鋼箔包裹在馬弗爐中可以提供一些保護(hù)。淬火前應(yīng)取出鋼箔。
真空技術(shù)
真空技術(shù)是當(dāng)今應(yīng)用于高合金鋼硬化的最常用的技術(shù)。真空熱處理是一個(gè)干凈的過(guò)程，因此部件不需要在熱處理后進(jìn)行清洗。它還能提供可靠的過(guò)程控制，具有較高自動(dòng)化、低維護(hù)和環(huán)境友好性。所有的這些因素都使真空技術(shù)對(duì)高品質(zhì)零件特別有吸引力。
真空爐不同步驟的功能列出如下：
•在充電操作后爐子關(guān)閉時(shí)，空氣從加熱室中泵出，以避免氧化。
•將惰性氣體（最常見(jiàn)的是氮?dú)猓┳⑷爰訜崾遥钡竭_(dá)到約1-1.5Pa的壓力。
•加熱系統(tǒng)啟動(dòng)。惰性氣體的存在將使得通過(guò)對(duì)流機(jī)制的熱傳遞過(guò)程成為可能。這是將爐加熱到大約850℃的最有效的方式。
•當(dāng)爐子達(dá)到約850℃的溫度時(shí)。輻射加熱機(jī)制的影響將超過(guò)傳熱過(guò)程中對(duì)流的影響。因此，氮壓力降低，以便優(yōu)化輻射的影響，并且在這些新的物理?xiàng)l件下對(duì)流加熱機(jī)制是可忽略的。氮?dú)鈮毫Φ男轮导s為7mbar。具有該剩余壓力的原因是為了避免合金元素的升華，即避免合金元素?fù)p失到真空。這種低壓條件在加熱過(guò)程的最后部分，并且在所選硬化溫度下的保溫期間保持不變。
•冷卻將通過(guò)大量注入惰性氣體（最常見(jiàn)的是氮?dú)猓┻M(jìn)入加熱室，變換方向，達(dá)到以前在爐子編程時(shí)選擇的過(guò)壓。最大超壓是每個(gè)爐的標(biāo)稱(chēng)特性。
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