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    对锻件冷却组织的要求

           锻件的冷却比较复杂而难以控制。冷却工艺的制订比小件要重要和复杂得多。决定锻件回火后机械性能的关键在于冷却后所获得的组织的性质及其分散度。

           在一般材料手册和工厂标准中都列出不同直径的锻件调质或正火后所能得到的常规机械性能等,并且以此作为出厂时的交货条件。但是对组织状态并未提出任何要求,而组织对于评定像持久强度、高温蠕变强度和断裂轫性等性能是极为重要的。在制订锻件的冷却工艺中,不仅要考虑到整个截面有比较均匀的常规机械性能,而且也要考虑到冷却组织的性质和沿截面的组织分布。

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           锻件的冷却组织和回火后机械性能的关系,迄今已作了大量试验和研究,一般结论如下:

           1.如果冷却后获得马氏体组织,经低温回火后具有较高的强度、硬度和耐磨性,但塑性、韧性较低。强度、硬度随着钢中含碳量的增加而提高,塑性、韧性则随之下降。马氏体组织随着回火温度的提高其强度、硬度下降,而塑性、韧性则随之提高。一般来说,钢中的合金元素可使钢回火时的强度、硬度下降较小,而对塑性和韧性也有很大的改善。马氏体组织经高温回火,则可得到均匀的回火索氏体组织。其强度、塑性和韧性能够得到最好的配含,即获得较髙的综合机械性能。

           2.如果冷却后获得下贝氏体组织,回火后的机械性能与淬火后获得马氏体经相同温度回火时的机械性能相近,并且有较高的冲击韧性。

           3.如果冷却后获得上贝氏体组织和珠光体组织,则同火后的强度较低,塑性也不好,即综合机械性能较差。

           4.如果冷却后的组织中,出现铁素体,则回火后的综合机械性能显著恶化,特别是冲击韧性显著降低。可见,回火后的综合机械性能随者冷却所得组织的粗化而变坏。例如,回火组织的脆性转变温度按冷却后的组织为珠光体、上贝氏体和下贝氏体依次降低。

           锻件最终热处理的任务在于根据所用钢种,通过适当的处理工艺获得满足零件使用要求的尽量高的综合机械性能。

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           在不同条件下使用的零件对机械性能的要求不同,因而对冷却后的组织要求也不一样。例如,发电机转子和低压汽轮机转子,要求较高的常温综合机械性能,故淬火后要求获得马氏体或马氏体和下贝氏体的混合组织,而高压汽轮机转子则要求较高的高温蠕变强度。对于常用的铬钼钒钢来说,要求获得高温蠕变强度较高的上贝氏体组织,而且高温强度按下列顺序逐步降低:上贝氏体→上贝氏体+下贝氏体→下贝氏体。但上贝氏体中不准有铁素体组织存在,否则高温性能变坏。又如高硬冷轧辊要求具有高的耐磨性和承受较高冲击载荷的能力,因而要求在一定厚度的表面硬化层中获得马氏体组织,其中残余奥氏体量应尽量减少。
           从获得较高的常温综合机械性能出发,应力求沿截面都获得细小均匀的马氏体组织,为此应该使锻件心部的冷却速度大于下临界冷却速度。从获得较高的髙温性能出发,要求沿截面获得上贝氏体组织,因而应该使工件的心部冷却速度大于上临界冷却速度。而表面的冷却速度应尽量小于下临界冷却速度,以避免产生马氏体组织。但是实际上在锻件中,要获得内外一致的冷却组织是困难的。一般来说,在不同截面处由于冷却速度不同而获得不同的冷却组织。同时,除高合金钢深冷淬火能获得一定数量的马氏体外,一般淬火得不到马氏体,而往往获得贝氏体,甚至珠光体组织。


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