欠速淬火工艺及淬火裂纹分析.doc

钢轨热处理工艺钢轨热处理工艺钢轨应处理工艺按其原理可分为下列三大类：(1) QT I艺(淬火(quenching) +回火(tempering))它是把钢轨加热到奥氏 体化温度，然后喷吹冷却介质，让钢轨表面层急速冷却到马氏体相变温度以下, 然后进行回火其组织为回火马氏体(也叫索氏体)，这是一•种传统的金属热处理 工艺，它可以提高钢轨硬度和强度，改善钢轨抗疲劳和耐磨耗性能但这种工艺 存在如下缺陷：淬火后钢轨弯曲度大，需要对其进行补充矫直，在淬火的轨头断 面上有时出现因贝氏体而引起的硬度塌落这种淬火十回火工艺及加热方法叉可 分为以下两种：D感应加热轨头淬火工艺，如美国钢铁公司的格里厂、新FI铁的八幡、乌克 兰的亚速厂等均是采用上述工艺通过电感应加热,使钢轨加热到A3以上50C, 然后空冷到750C,喷吹压缩空气，使钢轨冷却到500C左右，进行自热回火 这种工艺生产稳定，对环境无污染，生产方式灵活，缺点是设备一次性投资大、 能耗高2)整体加热整体淬火工艺如前苏联下塔吉尔、库兹涅茨克厂、美国伯利恒 的斯蒂尔顿厂都采用这种工艺采用煤气对钢轨整体加热，然后在油中或温水中 进行整体淬火，淬火后的钢轨要在450"500C进行回火。

这种工艺特点是产量高, 淬火硬度均匀，可提高全断面钢轨的强韧性2) SQ I艺(slack quenching—欠速淬火)它是把钢轨加热到奥氏体化 温度后，用淬火介质缓慢冷却进行淬火，直接淬成索氏体(不进行回火)，即细微 珠光体，其力学性能、抗疲劳性能、耐磨耗性能均比由QT工艺得到的回火马氏 体要好这种欠速淬火工艺按加热方法也可分为三种：1) 感应加热欠速淬火工艺，如中国攀钢就是先用工频电流对钢轨全断面进行 预热，再用中频电流对轨头加热到奥氏体化温度，然后喷吹压缩空气淬火，淬火 速度1. 2m/Min该工艺直接得到淬火索氏体，即细片状珠光体2) 焊气加热欠速淬火工艺采用煤气先将钢轨预热到450C,然后快速加热 到奥氏体化温度，喷吹压缩空气将钢轨直接淬成索氏体，即细微珠光体日本钢 管的福山厂就是采用这种工艺3) 利用轧制余热进行热处理的欠速淬火工艺如口本的新口铁的八幡厂、卢 森堡的阿尔贝特一罗丹厂它是充分利用钢轨在轧制后800^900C的高温，直接 对钢轨在专门的冷床上进行喷雾或压缩空气淬火这是目前世界上最先进的热处 理工艺，其最大优点是降低成本，节能但增加了生产技术管理难度，也存在淬火 质量均匀性问题。

3) 形变热处理这种工艺FI前仍处于实验阶段，但从前苏联库钢厂、口本 新日铁八幡钢厂的实验结果看，其效果显著，前景可观其主要工艺是：把钢坯 加热到960^1100C,降温到850^960C左右进行轧制，其终轧和预终轧均是在万 能轧机的孔型中进行，这种万能孔型给轨头很大变形量，约14%~16%在轧后用 水雾进行快速冷却到55(T60(TC,然后在空气中最终冷却其轨头的金相组织是 比普通热处理还要细微的珠光体，其力学性能为：屈服强度900^980MPa,抗张 强度1280^1330MPa,伸长率10%^ 11%,断面收缩率33%~46%但这种形变热处理 要求有高刚度的轧机、高水平的微机和先进的检测设备，目前其尚未被大量采用， 但其技术经济指标是相当先进的，代表着钢轨热处理技术的发展方向欠速淬火(slack quenching)将近共析成分的钢轨头部或车轮用高频感应加热或火焰加热到850〜900C之后，用压 缩空气或喷雾冷却的淬火工艺其冷却速度比一般的急冷水淬低，因而得到细片状珠光体组 织过去钢轨头部的热处理是采用高频感应加热或火焰加热到850〜900C后水淬，再在 600〜650C进行高温I口I火，得到|口1火索氏体组织。

欠速淬火与传统的淬火加高温回火工艺 比较，省掉了原工艺中的1口1火操作和I口I火炉，节省了能量消耗，所以它属于节能热处理欠速淬火钢轨与淬火加高温回火钢轨比较，有以下特点：(1)耐磨性和耐损伤性更优越2)疲劳强度高，难于破损，不易折断o (3)强度和韧性高o (4)欠速淬火车轮的磨损小，欠速 淬火车轮配欠速淬火钢轨效果更好其性能之所以如此优越，是由于：⑴欠速淬火得到的细片状珠光体组织柔韧性高，m 性变形引起的加工硬化很大，尽管开始使用时较软，但在使用中其耐磨性逐渐增加2)钢 轨头部是残余压应力钢轨头部的欠速淬火近年来在我国己得到应用1) slack quenching欠速淬火(9Q工艺)1.The hardness and impact toughness of four kinds of rail steels(U74, U71 Mn, U75V,U76NbRE) with slack quenching were studied by thermal simulation.通过热模拟试验，对U74、U71Mn、U75V、U76NbRE钢轨钢欠速淬火的硬度、冲击性能进 行了分析，讨论了钢轨欠速淬火后的抗压、断裂韧性、疲劳、抗磨耗性能。

2.Tand found out the rela-tionship between the hardness and cooling rate for the transformed products of these four dif-ferent materials by slack quenching.用四种C含量的U7 4轨钢，研究了加热速度对相变点的影响，测定了他们各自的连续冷却 曲线，找出了四神材料欠速淬火后转变产物的硬度与冷却速度的关系2) underhardening [Andeha:d9nirj]司)欠热淬火3) quenching rate ♦淬火速率1.Effects of quenching rate on tensile properties and fatigue crack growth of sand casting AI-7S-0.4Mg alloy;淬火速率对砂铸AI-7Si-0.4Mg合金拉伸性能及疲劳裂纹扩展行为的影响2.The influences of quenching rate in a wide range of 10-6000C/min on martensite transformation starting temperature,Ms,of T91 ferritic heat-resistant steel were studied by DIL805A/D high-resolution differential dilatometer.利用Baehr DIL805高精度差分膨胀仪，通过对线膨胀行为的测量与分析，获得相关动力学信 息，系统研究了不同淬火速率(10~6000C/min)对T91铁素体耐热钢马氏体转变开始温度Ms 的影响。

4) quench rate *淬火速率1.Influence of quench rate and zirconium content on intergranular corrosion of 7055 type aluminum alloy;淬火速率和错含量对7055型铝合金晶间腐蚀的影响2.Effect of quench rates on fracture behavior of AIZnMgCu(Zr) alloy;淬火速率对AIZnMgCu(Zr)合金断裂行为的影响3.The quench sensitivity of ZL 1 0 8casting alloy is studied by the research of the effectof quench rate on the combination of strength and ductility properties.考察了 ZL108合金在不同淬火速率下的综合机械性能，研究了合金的淬火敏感性，并初步 确定了该合金较佳的淬火速率5) quenching cooling rate 4淬火冷速6) fast quenching oil 寺快速淬火油1.This test specifies that quenching steel ball of big size with fast quenching oil,or Na_2OO_3 water solution can not satisfy the requirement of heat treatment performance,But the heat treatment quality of big size steel ball can be ensured with PAG water solution.针对大钢球采用快速淬火油、Na_2CO_3水溶液及PAG水溶液淬火的工艺试验，说明尺寸 较大的钢球采用快速淬火油、Na_2CO_3水溶液淬火的热处理性能指标均达不到要求，而采 用PAG水溶液淬火能保证大钢球的热处理质量。

补充资料：淬火裂纹和非淬火裂纹的特征及实例分析淬火裂纹是指在淬火过程中或在淬火后的室温放置过程中产生的裂纹后者又叫时效裂纹 造成淬火开裂的原因很多，在分析淬火裂纹时，应根据裂纹特征加以区分一、淬火裂纹的特征在淬火过程中，当淬火产生的巨大应力大于材料本身的强度时，便会导致裂纹产生淬火裂 纹往往是在马氏体转变开始进行后不久产生的，裂纹的分布则没有一定的规律，但一般容易 在工件的棱角槽曰、截面突变处形成在显微镜下观察到的淬火开裂，可能是沿晶开裂，也可能是穿晶开裂；有的呈放射状，也有 的呈单独线条状或呈网状因在马氏体转变区的冷却过快而引起的淬火裂纹，往往是穿晶分布，而且裂纹较宜，周围没 有分枝的小裂纹因淬火加热温度过高而引起的淬火裂纹，都是沿晶分布，裂纹尾端尖细，并呈现过热特征: 结构钢中可观察到粗针状马氏体；工具钢中可观察到共晶或角状碳化物表面脱砌的高碳钢工件，淬火后容易形成网状裂纹这是因为，表面脱成层在淬火冷却时的 体积胀大比未脱碳的心部小，表面材料受心部膨胀的作用而被拉裂呈网状二、 非淬火裂纹的特征淬火后发生的裂纹，不一定都是淬火所造成的，一般可根据下面的特征来区分淬火后发现的裂纹，如果裂纹两侧有氧化脱碳现象，则E以肯定裂纹在淬火之前就已经存在。

淬火冷却过程中，只有当马氏体转变量达到一定数量时，裂纹才有可能形成与此相对应的 温度，大约在250C以下在这样的低温下，即使产生了裂纹，裂纹两侧也不会发生脱碳和 出现明显氧化所以，有氧化脱碳现象的裂纹是非淬火裂纹如果裂纹在淬火前已经存在，又不与表面相通，这样的内部裂纹虽不会产生氧化脱碳，但裂 纹的线条显得柔软，尾端圆秃，也容易与淬火裂纹的线条刚健有力，尾端尖细的特征区别开 来三、 实例分析实例一：40Cr钢制成的转了轴，经锻造、淬火后发现裂纹裂纹两侧有氧化迹象，经金相检验，裂 纹两侧存在脱碳层，而且裂纹两侧的铁素体呈较大的柱状品粒，其晶界与裂纹大致垂直结 论：裂纹是在锻造时形成的非淬火裂纹当T.件在锻造过程中形成裂纹时，淬火加热即引起裂纹两侧氧化脱碳随着脱碳过程的进行, 裂纹两侧的瑚含量降低，铁索体晶粒开始生核当沿裂纹两侧生核的铁素体晶粒长大到彼此 接触后，便向离裂纹两侧较远的基体方向生长由于裂纹两侧在脱碳过程中碳浓度的下降, 也是巾裂纹的开曰部位向内部发展，因而为铁素体晶粒的不断长大提供了条件，故最终长大 为晶界与裂纹相垂直的柱状晶体。