1. 问题的提示
( 1) 某年3 月下旬，热处理淬火一批铰刀( 998件) ，材料为9Si Cr ，成品规格为??10 mm，留磨量0. 3 mm，热处理要求硬度为63 ～66HRC。经过正常的工艺淬火后，硬度低。后来又把淬火温度提高到885 ℃,刃部和柄部的外圆部分硬度仍不合格，经多次试验，生产任务无法完成。
( 2) 同年6 月，又转来??10mm 铰刀966 件。试淬其中两件，硬度仅达到53HRC，仍不合格。用原材料光棒试淬，硬度也不合格。
2. 原因分析
( 1) 查原材料来源 该批9SiCr 材料由东北某钢厂供应，规格??11mm，交货状态为冷拔11 级并光亮退火,共20 捆，总重量2. 68t 。
( 2) 钢材的化学成分 剥层分析，即将在制品??10. 3 ～??10. 1mm 车成金属削进行化学分析，结果表层含碳量不合格( 见表1) 。
( 3) 本批材料单边总脱碳层厚度( mm) 9SiCr 材料单边总脱碳层( 铁素体+ 过渡层) 厚度，GB 1299 —1985 规定不大于0. 42 mm，钢厂的合格证为0. 08 mm,用户的金相分析报告为0. 45 ～0. 65 mm，金相照片为0. 6mm，可判断该批材料总脱碳层厚度不合格。
( 4) 淬火硬度试验 淬火硬度试验共选三种工艺方案，每个工艺方案选5 件铰刀进行硬度测试，取其平均值，其结果见表2 。
从表2 可看出，铰刀刃部磨到??9. 3mm 处、方尾处、心部三种工艺试验的硬度全部合格，其余铰刀表面硬度都不合格。
( 5) 金相分析 图1 为原料脱碳组织。表面全脱碳层为： 白色为铁素体，厚度为0. 20mm; 中部部分脱碳层为： 白色铁素体+ 片状珠光体+ 球状珠光体，厚度为0. 40 mm; 心部未脱碳区为： 三级球状珠光体正常组织。
图2 为淬火组织。表面全脱碳层为： 白色为铁素体，淬火硬度极低; 中部部分脱碳层为： 低碳马氏体+碳化物+ 残留奥氏体。心部未脱碳区为： 淬火马氏体+粒状碳化物+ 残留奥氏体。
通过上述分析试验，该批??11mm 的9Si Cr 材料表面含碳量、脱碳层厚度、淬火硬度和金相组织均不合格。
3. 处理办法
( 1) 该批原材料表面质量不合格，由采购人员与钢厂联系处理。
( 2) 对于已下料的在制品，磨掉脱碳层，改为小规格产品使用。
( 3) 已淬火无法挽救的产品，按原材料表面不合格报废处理。
4. 改进措施
( 1) 进一步修订金属材料进厂复验企业标准。
( 2) 提高化学分析、金相分析人员的业务水平。
( 3) 要严格防止热处理过程的氧化脱碳。
例二、长方形基础板为什么渗碳、淬火后长度方向尺寸缩小了?
1. 问题的提出
长方形基础板是组合夹具中的基础件，其外形尺寸为长360mm×宽180mm×厚60mm。在上平面横向铣有2 道“T” 形槽，纵向铣有5 道“T” 形槽。该产品用20Cr 材料制成，在渗碳和淬火工序之前，其机械加工留磨量为0. 7 ～0. 8mm。有12 件长方形基础板经过渗碳、淬火后，其中2 件长度方向已无磨量，其余10 件磨量仅留下0. 2 ～0. 4mm。检查宽度尺寸缩小的很少，几乎保持着原机械加工尺寸。为什么长度方向尺寸缩小了呢? 是哪道工序造成的呢?
2. 原因分析
( 1) 为分析原因，我们分别对渗碳后和淬火后的尺寸进行了详细的测量、记录，这两道工序的尺寸基本相同，说明渗碳后尺寸已经缩小了，再用不同的方向装炉，无多大变化，看来和零件本身自重关系不大。
( 2) 调查锻造工序。锻造工序写明，锻造成形达到锻造尺寸要求并进行正火。实际情况是，当时本厂锻工锻锤因检修停工，该批产品被送外厂协作完成。协作厂家只完成锻造成形，并未进行正火处理。外协人员因缺乏经验，将该批锻件拉回厂后直接转入机械加工车间进行加工，故未进行正火处理。机械加工完毕后就转入热处理车间进行渗碳、淬火，结果长度方向尺寸缩小了。
分析原因，初步认为是由于锻造毛坯没有经过正火工序而造成的。因为长方形基础板这样的零件，锻造时要进行拔长，金属会沿着拔长的方向被拉长，产生拉应力,形成纤维组织流线。正火的目的就是为了细化晶粒，消除内应力，为下一步热处理准备良好的组织，所以对未进行正火的基础板，在渗碳时进行加热、保温，锻造应力被消除，长度方向产生收缩，尺寸明显缩小。
( 3) 把未进行正火的锻造毛坯，按正常正火工艺进行正火，机械加工工序不变，这批经过正火的基础板在渗碳前做好测量并编号详细记录，渗碳后按编号测量,结果尺寸缩小量均在0. 2mm 之内，经淬火、精磨全部合格。试验证明，尺寸缩小是由于未进行正火工序而造成的。
3. 改进方法
( 1) 把锻造工艺的锻造工序与正火工序分成两道工序，分别填写并进行检验、盖章。
( 2) 把外协锻件毛坯全部进行正火处理。生产实践证明，决不能忽视正火、退火工序，凡是进行正火工序的工件均未发生长度缩小的现象。
例三、白钢刀夏季回火后为什么常常产生硬度偏低现象?
1. 问题的提出
白钢刀又称车刀，用高速钢制作，其成品硬度要求≥63HRC。按正常的工艺进行淬火、回火，在冬季回火组织充分( 见图3) ，其组织是回火马氏体、碳化物及少量残留奥氏体。回火马氏体呈黑色，奥氏体晶界已被遮盖，白点为碳化物。回火后的硬度可达64HRC 以上。但是在夏天，尤其是三伏天用同样的工艺进行淬火、回火，往往出现回火不足，硬度有时低于63HRC。
2. 原因分析
高速钢回火温度一般为550 ～570 ℃，回火三次，每次1h，各种合金碳化物从固溶体中呈细小分散状态析出，而不易聚集，产生“弥散硬化” 现象，从而提高了硬度; 另一方面，高速钢淬火后存在20% ～25 %的残留奥氏体，在回火冷却时，残留奥氏体转变为二次马氏体，这就是钢的回火硬度升高的原因，人们称它为“二次硬化” 现象。在冬季天气冷，室温低，冷速快，回火充分，硬度偏高。在夏季尤其是三伏天车间温度高，冷速慢。特别是大批量生产，装桶回火时，冷却速度就更慢了。当整桶白钢刀冷不到室温，就急忙进行下次回火，这样就使残留奥氏体向马氏体转变不充分，从金相组织检查有回火不充分现象，从硬度测试结果看，有时低于63HRC。
3. 预防措施
( 1) 装桶回火时不要装得太满太实，桶中间要空起来。
( 2) 夏季可用吹风机吹，以加快冷却速度。
( 3) 将回火后的白钢刀倒在地面上，分散快冷。晚上回火后可用小车推出室外，快速冷却。
( 4) 白钢刀冷到室温后再进行下一次回火。通过上述措施的改进，质量在夏季也稳定了。
例四、高速钢分级淬火炉为什么熔点越来越高?
1. 问题的提出
高速钢热处理广泛使用分级淬火。分级淬火炉的盐浴配比是： 50 %BaCl 2 + 30%KCl + 20%NaCl 。新配的盐浴熔点为560 ℃，工艺规定分级淬火的温度范围一般为580 ～620 ℃。但在生产的实践过程中，随着盐浴使用时间的延长，分级炉盐浴的熔点不断提高，有时竞高达700 ℃左右。据有关试验证明： 随着分级淬火温度的提高，在晶界析出碳化物颗粒就会增多，奥氏体合金成份降低，钢的冲击韧性明显下降，硬度和红硬性降低，对刀具寿命有不良的影响，所以分级炉温度一般控制在600 ℃左右。是什么原因引起分级炉熔点提高呢?
2. 原因分析
( 1) 从生产现场来看，装满工件的淬火夹具从高温加热炉中提出，放入分级冷却炉时，因高温加热炉的成分是100 %氯化钡，所以把熔点高的氯化钡不断地带入到分级炉中，自然就会增加分级炉中的氯化钡成分。同时从分级炉中提出工件空冷时，又把分级炉中低熔点的熔盐带出来，这样就改变了分级炉内原配方的成分，最终使分级炉熔点越来越高。
( 2) 从化学分析结果来看，当熔点升到700 ℃ 时,盐浴分析的结果是： BaCl 275. 4 % + KCl14. 7% +NaCl9. 9 %。这说明分级炉盐浴熔点升高的主要原因是,熔点为960 ℃的氯化钡含量增高了，熔点为773 ℃的氯化钾和熔点为808 ℃的氯化钠含量都降低了。根据化验结果，我们调整了氯化钾和氯化钠的含量，分级炉的熔点又降低到580 ℃左右。
( 3) 查氯化钾的技术条件，一般氯化钾中含有5 %左右的氯化钠，这也会影响到盐浴成分的变化。
3. 预防措施
( 1) 淬火时注意操作方法，尽量使高温氯化钡盐少带入到分级炉中。
( 2) 定期化验分级炉盐浴成分，并根据化验结果调整盐浴成分。
( 3) 坚持用热电偶测量温度，发现温度升高后，及时化验并调整。
( 4) 每班在下班前要彻底捞渣。
例五、导套渗碳淬火后为什么会产生软点?
1. 问题的产生
导套是模架产品上的一种导向件。在冲压过程中,导套与导柱之间产生摩擦和振动，因此要求其表面具有高的硬度，心部具有较好的韧性。我厂采用20 钢制造,经过粗车、渗碳、淬火、回火、精车、研孔和抛光加工工序。热处理渗碳炉功率为75kW，渗碳厚度要求0. 8 ～1mm，淬火回火后硬度为58 ～62HRC，摩擦面不得有软点。在生产实践中曾发生过15 ～17 号导套，因规格较大，易发生软点，有几批软点竞高达70 %。在一般正常情况下，产生软点的比例也在8 % 左右，直接影响产品的质量。
2. 原因分析
( 1) 从现场观察，渗碳后发现料筐和导套表面附着有炭黑。我们曾用单一的普通煤油为渗碳剂，在空炉升温、排气和装炉时，有大量的空气进入炉膛内，为了快速排除空气，就必须滴入煤油。这时因刚装入冷工件,使炉温由900 ℃ 左右降至840 ℃左右，煤油在较低的温度下，分解不充分，故易产生炭黑。煤油分解的产物为碳氢化合物、一氧化碳和二氧化碳等混合气体。一氧化碳、碳氢化合物在渗碳温度下，它们的化学反应如下：
这些活性碳原子并不能被工件的表面全部吸收,未被工件表面吸收的活性碳原子将形成碳分子，即游离炭黑。炭黑附着在工件表面，使工件表面与渗碳气氛隔绝，妨碍了工件表面继续吸收碳原子，造成工件表面渗碳层深度和浓度不均匀，所以淬火后易形成软点。
( 2) 火花鉴别发现导套表面火花不同。气体渗碳完成扩散期后，当炉温降至850 ℃时，两大筐工件被吊入冷却箱中冷却。由于冷却速度很慢，尤其是夏天，温度很高的工件与空气产生氧化、脱碳反应。从现场看，料筐四周冷却速度快，表面呈红锈色，火花鉴别含碳量高，表面未脱碳。料筐中心的冷却速度慢，表面呈蓝黑色，火花鉴别有脱碳。有表面脱碳的导套，淬火后表面会产生软点。导套渗碳后表面显微组织分别如图4 和图5 所示。
( 3) 最终淬火加热表面有起皮现象 导套最终淬火加热是在箱式电炉中进行的。加热温度为810 ～820 ℃,装炉量80 件( 小号) 或40 件( 大号) ，加热时间10 ～20min。在加热过程中，导套表面与空气接触，进而产生氧化、脱碳，可以看出表面有起皮现象，也会造成淬火软点。
( 4) 冷却不当造成软点。当导套淬入水中，立即在导套周围，尤其是内孔形成大量的蒸汽膜，阻碍了热量的很快散发，使冷却速度缓慢造成软点。虽然我们在水中加入了10% 氯化钠，可以提高冷却速度，但由于大批量淬火，水温不断升高，有时可达40 ℃左右，又降低了冷却速度。还有，淬火工具是长铁丝钩穿入内孔，垂直入水，上下运动。工艺规定每次钩一件，有的操作人员为了快，一次就钩2 ～3 件，导套内产生的汽泡跑不出来，也会造成软点。
3. 改进措施
( 1) 为减少炭黑的形成，渗碳剂由原来用单一的普通煤油，改为用航空煤油和酒精双液渗碳。酒精比煤油分解温度低，不容易产生炭黑，还起到稀释作用。酒精的化学反应如下：
C2H5OH 3H2 + CO+ [ C] ( 碳原子)当空炉升到880 ℃时，每分钟滴酒精40 ～60 滴。炉温升到930 ℃ 时，装入冷工件，每分钟滴250 滴酒精,这时不滴煤油，打开排气阀，把炉内空气排出去。在渗碳期和扩散期多滴煤油、少滴酒精既可减少炭黑的形成，又能保证渗碳质量。
( 2) 为减少工件在冷却箱中脱碳，在冷却箱中快速倒入0. 4 ～0. 5kg 酒精，把冷却箱中空气排出。夏天出炉时，可将料筐中心导套夹出一部分在空气中快冷，再把剩余的导套放入冷却箱中冷却，这样可加快导套的冷却速度，达到减少脱碳的目的。
( 3) 在淬火加热时，箱式炉中放入少量木炭可减少氧化、脱碳。
( 4) 严格测量，控制水温≤30 ℃，否则打开循环水冷却。水中盐的比例控制在10% 左右，盐水浓度过低或过高都会降低冷却速度。
( 5) 注意操作细节。如炉盖要密封，防止漏气，工件表面要清洗，炉内压力要控制，火苗的高度和颜色要控制，各项工艺参数要0. 5h 记录一次等。
4. 效果
采取了上述一系列改进措施后，不但提高了渗碳和淬火质量，杜绝了工件大批量返工补碳现象，而且使导套软点发生率从8% 降低到1 % 以下。
国际模具网
