調(diào)質(zhì)鋼<含軸承用鋼>的金相組織及檢驗(yàn)

調(diào)質(zhì)鋼的金相組織及檢驗(yàn)
   調(diào)質(zhì)鋼通常是指采用調(diào)質(zhì)處理（淬火加高溫回火）的中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，如35、45、50、40Cr、 40MnB、40CrMn、30CrMnSi、38CrMoAlA、40CrNiMoA和40CrMnMo等。
調(diào)質(zhì)鋼主要用于制造在動(dòng)態(tài)載荷或各種復(fù)合應(yīng)力下工作的零件（如機(jī)器中傳動(dòng)軸、連桿、齒輪等）。這類零件要求鋼材具有較高的綜合力學(xué)性能。

一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理
 （一）預(yù)先熱處理
   為了消除和改善前道工序（鑄、鍛、軋、拔）遺存的組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力，并為后道工序（淬火、切削、拉拔）作好組織和性能上準(zhǔn)備而進(jìn)行退火或正火工序就是預(yù)先熱處理。
   關(guān)于調(diào)質(zhì)鋼在切削加工前進(jìn)行的預(yù)先熱處理，珠光體鋼可在Ac3 以上進(jìn)行一次正火或退火；合金元素含量高的馬氏體鋼則先在Ac3 以上進(jìn)行一次空冷淬火，然后再在Ac1以下進(jìn)行高溫回火，使其形成回火索氏體。
 （二）最終熱處理
調(diào)質(zhì)鋼一般加熱溫度在Ac3以上30~50℃，保溫淬火得到馬氏體組織。淬火后應(yīng)進(jìn)行高溫回火獲得回火索氏體。回火溫度根據(jù)調(diào)質(zhì)件的性能要求，一般取500~600℃之間，具體范圍視鋼的化學(xué)成分和零件的技術(shù)條件而定。因?yàn)楹辖鹪氐募尤藭?huì)減緩馬氏體的分解、碳化物的析出和聚集以及殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變等過(guò)程，回火溫度將移向更高。

二、調(diào)質(zhì)鋼的金相檢驗(yàn)
（一）原材料組織檢驗(yàn)   調(diào)質(zhì)工件在淬火前的理想組織應(yīng)為細(xì)小均勻的鐵素體加珠光體，這樣才能保證在正常淬火工藝下獲得良好的淬火組織---細(xì)小的馬氏體。
（二）脫碳層檢驗(yàn)   鋼材在熱加工或熱處理時(shí)，表面因與爐氣作用而形成脫碳層。脫碳層的特征是，表面鐵素體量相對(duì)心部要多（半脫碳）或表面全部為鐵素體（全脫碳），從而使工件淬火后出現(xiàn)鐵素體或托氏體組織，回火后硬度不足，耐磨性和疲勞強(qiáng)度下降。因此調(diào)質(zhì)工件淬火后不允許有超過(guò)加工余量的脫碳層。金相試樣的磨面必須垂直脫碳面，邊緣保持完整，不應(yīng)有倒角。脫碳層的具體測(cè)量方法可按GB/T 224-1987標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
（三）鍛造的過(guò)熱和過(guò)燒檢驗(yàn)
   鍛造加熱時(shí)，由于加熱溫度高，不僅奧氏體晶粒粗大，而且有些夾雜物發(fā)生溶解而在鍛后冷卻時(shí)沿奧氏體晶界重新析出。一般過(guò)熱時(shí)，僅出現(xiàn)粗大的奧氏體晶粒并產(chǎn)生魏氏組織。在一些低合金鋼中還會(huì)出現(xiàn)粗大的貝氏體或馬氏體組織。
   過(guò)熱時(shí)沿奧氏體晶界析出的常為MnS或FeS。用一般試劑無(wú)法侵蝕顯示奧氏體晶界，最好方法用飽和的硝酸銨溶液進(jìn)行電解侵蝕。侵蝕后試樣的奧氏體晶界呈白色網(wǎng)狀。由于過(guò)熱鍛件晶粒粗大，使得塑性和韌性下降，容易造成脆斷。
   當(dāng)鋼加熱到更高溫度，接近液相線時(shí)，會(huì)出現(xiàn)過(guò)燒現(xiàn)象。過(guò)燒特征是鋼的粗大晶界被氧化和熔化，鍛造時(shí)將產(chǎn)生沿晶裂紋，在鍛件表面出現(xiàn)龜裂狀裂紋。
（四）調(diào)質(zhì)鋼的淬火回火組織
   調(diào)質(zhì)鋼正常淬火組織為板條狀馬氏體和針片狀馬氏體，當(dāng)含碳量較低時(shí)，如30CrMo等，形態(tài)特征趨向于低碳馬氏體。當(dāng)含碳量較高，如60Si2、50CrV等，形態(tài)特征趨向于高碳馬氏體。
   如果淬火加熱溫度過(guò)低，或保溫不足，奧氏體未均勻化，或淬火前預(yù)先熱處理不當(dāng)，未使原始組織變得細(xì)勻一致，導(dǎo)致工件淬火后的組織為馬氏體和未溶的鐵素體，后者即使回火也不能消除（圖5-1）。
       
    圖5-1   低碳馬氏休＋網(wǎng)狀鐵素體  (500 X)          圖5-2   45鋼調(diào)質(zhì)處理之回火索氏體  (500×)
   如果淬火加熱溫度正常，且保溫時(shí)間足夠，但冷卻速度不夠，以致不能淬透，結(jié)果沿工件截面各部位將得到不同的組織，即從表層至中心依次出現(xiàn)馬氏體、馬氏體+托氏體、托氏體+鐵素體等組織。甚至表層也不能得到全馬氏體組織。
當(dāng)工件淬火溫度正常，保溫時(shí)間足夠，且冷卻速度也較大，過(guò)冷奧氏體在淬火過(guò)程中未發(fā)生分解，那么淬火后得到的組織應(yīng)是板條狀馬氏體和針片狀馬氏體。在隨后的高溫回火過(guò)程中，馬氏體中析出碳化物，最終得到的是均勻且彌散分布的回火索氏體（圖5-2）。
       第三節(jié)    彈簧鋼的金相組織及檢驗(yàn)
   彈簧鋼是用于制造各種彈性元件的專用結(jié)構(gòu)鋼，它具有彈性極限高、足夠的韌性、塑性和較高的疲勞強(qiáng)度。彈簧鋼含碳量比調(diào)質(zhì)鋼高，其中碳素彈簧鋼的含碳量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.6~1.05％；合金彈簧鋼的含碳量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4~0.74％。彈簧鋼中加入的合金元素主要為硅和錳，目的是提高淬透性。要求較高的彈簧鋼，還需要加入鉻、釩或鎢等元素。
   彈簧鋼的熱處理方法主要有兩種：
 （1）淬火加中溫回火處理。 用這種處理方法的多數(shù)為熱軋材料以熱成形方法制作的彈簧，或者用冷拉退火鋼絲以冷卷成型的彈簧。中溫回火后的組織為回火托氏體，此彈簧有很高的彈性極限與屈服強(qiáng)度，同時(shí)又有足夠的韌性和塑性。
    (2) 低溫去應(yīng)力回火。應(yīng)用這一處理方法的主要是一些用冷拉彈簧鋼絲或油淬回火鋼絲冷盤成形的彈簧。
   鋼絲成材過(guò)程的強(qiáng)化處理也有兩種方法。一種是冷拉后的淬火回火處理，其組織為回火托氏體。另一種為“鉛淬”冷拔，即將熱軋盤條加熱到奧氏體狀態(tài)，然后淬到450~550℃的熔化鉛液中作等溫處理，得到冷拉性能很好的回火索氏體，最后通過(guò)一系列的冷拔，得到一定規(guī)格尺寸與強(qiáng)度的鋼絲。這種鋼絲組織為纖維狀的形變回火索氏體。
   彈簧鋼的金相檢驗(yàn)內(nèi)容有非金屬夾雜物、石墨、表面脫碳、顯微組織等。

   （一）石墨碳與非金屬夾雜物檢驗(yàn)   檢查石墨碳及非金屬夾雜物時(shí)，試樣取樣部位一般都在材料端部，也可按照雙方協(xié)議的規(guī)定。其檢查方法及評(píng)級(jí)可分別按 GB/T 10561-1989和GB/T 13302-1991標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。石墨碳及非金屬夾雜物是彈簧鋼的內(nèi)部缺陷。
（二）表面脫碳層檢驗(yàn)   在彈簧鋼各種材料標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)表面脫碳均有明確的規(guī)定，一般脫碳深度根據(jù)材料的厚度或直徑的百分?jǐn)?shù)而定，而且冷拉材料要比熱軋材料嚴(yán)格，如公稱直徑≤8 mm的熱軋圓鋼，
其規(guī)定總脫碳層不大于直徑的2.5％，而同規(guī)格的冷拉鋼則為不大于2％。
檢查材料表面脫碳時(shí)，試樣的切取部位均在材料兩端或其中任意一端，如為彈簧成品或半成品，一般可在任意部位取。脫碳層檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB／T224-1987。
（三）顯微組織檢驗(yàn)  經(jīng)過(guò)退火處理熱軋彈簧鋼，其組織是珠光體或珠光體和網(wǎng)狀鐵素體。規(guī)格較大的冷拉彈簧鋼一般經(jīng)過(guò)球化退火處理，組織為球狀珠光體。冷拉碳素彈簧鋼絲（包括冷拉的65 Mn彈簧鋼絲），因冷拉前經(jīng)過(guò)索氏體轉(zhuǎn)變（俗稱鉛淬）處理，所以冷拉后組織呈纖維狀的索氏體。油淬火回火鋼絲的組織為回火托氏體。圖5-3、圖5-4分別為油淬火回火鋼絲組織和冷拉鉛浴處理鋼絲組織。
       
圖5-3   65Mn彈簧鋼之回火托氏體                  圖5-4  50CrV彈簧鋼冷拉鉛浴處理
                  組織  （500×）                             之形變索氏體組織  （500×）
   用熱軋彈簧鋼制作彈簧時(shí)，由于采用熱成形方法，然后需進(jìn)行淬火、回火處理，故原材料的組織檢驗(yàn)可以省略。冷拉退火鋼絲用冷盤法加工彈簧，則要檢驗(yàn)原材料組織的球化程度。若球化不良，則材料要重新球化退火。檢查“鉛淬”冷拉鋼絲組織時(shí)，磨面應(yīng)取縱向，其他試樣磨面可以取任意方向。
   對(duì)于用碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼制作的內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧，在檢驗(yàn)組織及缺陷時(shí)，應(yīng)按GB/T 2785-1988《內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧技術(shù)條件》進(jìn)行。對(duì)于汽車鋼板彈簧的金相檢驗(yàn)，則按照JB 3782一1984《汽車鋼板彈簧金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。金相試樣應(yīng)在鋼板全長(zhǎng)的l／4處截取，且截面距鋼板一端距離不得小于50 mm。在檢查帶狀組織時(shí)，金相磨面應(yīng)取鋼板的縱向截面。