低碳鋼的等溫球化處理

1．前言

近幾年來，緊固件行業非標、異型件產品的增多，造成了冷擠壓工藝得到了迅速發展，由于產品規格形狀各異，這勢必給這些零件的軟化處理帶來了更高的要求。例如，常用的冷鐓鋼線材ML8Ae、ML10、ML15或ML20，以SWRCH8A、SWRCH8A、SWRCH10A、SWRCH15A、SWRCH22A等牌號居多，要求進行球化退火，以獲得鐵素體基體上均勻分布的球狀碳化物組織。球化組織硬度低、塑性好，冷作或冷擠壓時不易產生裂紋。

對于斷面縮減率達70%？85%的零件，若中間退火工藝不當，不僅不能充分發揮材料塑性，而且會給冷擠成型帶來諸多困難。

2.退火工藝

①.退火前組織材料ML10鋼，經金相檢驗，其組織為鐵素體+片層狀珠光體。硬度為66？72HRB，組織中有成分偏析，其帶狀組織≤3級。

②退火工藝試驗

a.等溫退火，900℃×3？5h爐冷，660—650℃等溫4？6h爐冷，晶粒度5？6級，硬度55？58HRB，鐵素體+片狀珠光體，在6000KN油壓機上冷擠成型時，，壓力不穩定，有跳模現象。由于奧氏體化溫度過高，形成的奧氏體成分均勻，減少了珠光體的形核率。因此，獲得的是片層狀珠光體組織，片狀珠光體具有較大的相界面，晶界又是位錯運動的最大障礙，加上片狀珠光體中的亞晶界，構成許多亞晶粒，阻礙了塑性變形時位錯的運動，使位錯滑移受阻，變形抗力上升，塑性下降。

b.普通退火900℃×3？5h爐冷至500℃出爐，晶粒度5？6級，硬度56？60HRB，雖可以縮短退火時間，但是冷擠壓一次合格率低，報廢率達10%以上，并且冷擠件長短不一，有嚴重擠不足現象，這是因為普通退火時線材隨爐冷卻，各部分冷卻不一致。而過冷奧氏體在連續冷卻中進行，珠光體轉變是在一定范圍內進行的，高溫區形成珠光體較粗，低溫區形成的珠光體較細。這種粗細不等的珠光體將引起力學性能的不均勻，不利于零件的冷擠壓。

c.等溫球化退火760—770℃保溫3？4h，爐冷至660—680℃等溫4？6h至500℃出爐。由于降低了奧氏體化溫度，滲碳體只部分溶解，碳化物呈小球，點狀分布在鐵素體基體上，晶粒度5？7級，硬度50？55HRB。根據鐵碳狀態理論，片狀珠光體在保溫過程中，由于其曲率半徑不同，各處的溶解度不同，引起碳的擴散，打破了碳濃度的平衡，結果導致滲碳體的球化，得到有良好冷擠性能的組織，壓力機壓力穩定，冷擠壓尺寸穩定，廢品下降至0.5%以下。

由此可見，對冷形變量在70%？85%以上的低碳鋼中間退火僅僅控制晶粒度和硬度是遠遠不夠的，關鍵在于要控制滲碳體的形態。一般熱處理手冊和文獻資料中較少低碳鋼球化方面的論述，認為球化主要用于共析、過共析鋼，實踐證明，低碳鋼在等溫球化退火方面具有工藝優越性，其塑性良好，冷擠壓冷成型效果明顯。

3.小結

a.當冷擠壓形變量在70%以上后，按傳統普通退火工藝后得到片狀珠光體，這樣的組織變形抗力及加工硬化率都較高，不適宜于冷擠壓冷成型。實踐證明，等溫球化退火不僅兼顧了硬度和晶粒度，還考慮了碳化物的形態，可以充分發揮低碳鋼的塑性，使冷擠壓冷成型一次合格率達99.5%以上。

b.低碳鋼球化的關鍵是控制溫度，加熱溫度一定要控制在Ac1+20？30℃，溫度過高，則退火后便不能得到完全的球狀珠光體，可能為球狀和片狀珠光體的混合物，甚至全部為片狀珠光體。如果加熱溫度過低，則原來組織中的片狀珠光體未能轉變，這些都會影響材料的塑性。

c.低碳鋼等溫球化退火也要盡可能采用保護氣氛保護，防止氧化脫碳，一般可采用甲醇滴注。