某16MnCr5零件，厚4mm，滲碳淬火后表面硬度要求大于700HV3， 但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，熱處理表面硬度低于700 HV3。如何合理選配滲碳溫度、滲碳碳勢(shì)、淬火溫度、淬火碳勢(shì)，通過(guò)改善熱處理后表面殘余奧氏體的量來(lái)達(dá)到要求。

1 實(shí)驗(yàn)材料及原熱處理工藝

實(shí)驗(yàn)材料的化學(xué)成分見表1。

要求滲碳淬火后表面硬度>700HV3，表面組織只允許存在10%的殘余奧氏體。

熱處理設(shè)備為中日合資鹽城豐東公司的BBH-600 預(yù)抽真空多用爐；淬火用油為上海好富頓HQG 油； 熱處理氣氛為滴注式氣氛， 滲碳溫度880℃，碳勢(shì)：1.15%直接淬火。經(jīng)此工藝處理后，表面硬度660～690HV3，表面組織中存在約20%的殘余奧氏體。

2 原因分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2．1 表面組織的驗(yàn)證

熱處理后表面硬度低，通過(guò)PFMER 分析，可能原因是熱處理后表面殘余奧氏體多。經(jīng)檢測(cè)金相組織，表面存在約20%的殘余奧氏體，如圖1所示。為驗(yàn)證熱處理后表面組織殘余奧氏體的真實(shí)性， 通過(guò)冷處理和高溫回火處理來(lái)驗(yàn)證。冷處理使殘余奧氏體在0℃以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；零件滲碳后，在680℃左右進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的高溫回火， 使奧氏體分解為珠光體，然后再低溫(750～780℃)淬火。

2.1.1 深冷處理

先進(jìn)行深冷處理，在-180℃保溫120 min；然后在多用爐中進(jìn)行低溫(200℃)保溫120min 回火。熱處理后重新檢測(cè)硬度和金相組織，硬度在770HV3以上，表面組織中不存在殘余奧氏體。

2.1.2 高溫回火處理

先用井式爐進(jìn)行退火，650℃保溫120 min 后隨爐降溫，降到250℃左右出爐空冷；然后在多用爐中于780℃保溫90min 后直接油冷。熱處理后重新檢測(cè)硬度和金相組織，硬度在730HV3 以上，表面組織不存在殘余奧氏體。根據(jù)以上分析得， 由于表面組織存在過(guò)量的殘留奧氏體，引起零件表面硬度低。

2．2 殘余奧氏體過(guò)量的原因分析

引起殘留奧氏體過(guò)量的主要原因有： ①鋼中合金元素過(guò)多。如Cr、Mn 等元素溶入奧氏體中，提高了奧氏體的穩(wěn)定性，使淬火后殘留奧氏體量增多。②滲層碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高。滲碳?xì)怏w碳勢(shì)過(guò)高和滲碳溫度偏高，使溶入奧氏體中的碳量增加，使淬火后殘留奧氏體量增多。由于原材料的化學(xué)成分不可改變， 只能通過(guò)合理選擇滲碳溫度、淬火溫度、爐內(nèi)碳勢(shì)來(lái)改變表面組織， 降低殘留奧氏體量，使表面硬度達(dá)到技術(shù)要求。

2．3 熱處理工藝試驗(yàn)

2.3.1 滲碳溫度及淬火溫度的選擇：

經(jīng)查手冊(cè)知：淬火Ⅰ(心部)：(850～880)℃，淬火Ⅱ(表層)：(810～840)℃油冷； 所以選擇在840～860℃做熱處理工藝試驗(yàn)。

2.3.2 滲碳碳勢(shì)及淬火碳勢(shì)的選擇熱處理后零件表面含碳量在0.7%時(shí)硬度最高， 考慮到爐氣碳勢(shì)要高出零件表面含碳量0.2%～0.4%[5]。通過(guò)DOE 試驗(yàn)最終確定，滲碳溫度860℃，碳勢(shì)1.0%；淬火溫度840℃，碳勢(shì)0.6%。熱處理后檢測(cè)表面硬度和金相組織。結(jié)果表面硬度>700HV3，表面組織存在約5%的殘余奧氏體，滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 零件熱處理表面硬度不合格時(shí)， 要充分利用金相學(xué)分析組織， 并通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證組織判斷的合理性。

(2) 合理選擇滲碳熱處理工藝參數(shù)， 確保金相組織符合技術(shù)要求，從而使硬度指標(biāo)合格。