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正火熱處理工藝
該工藝是將鋼管加熱到上臨界點(diǎn)(Ac3或Acm)以上40?60℃的溫度，保溫一段時(shí)間，達(dá)到完全奧氏體化后，在空氣中冷卻。其目的在于使晶粒細(xì)化和碳化物分布均勻化，提高材料的性能和獲得接近平衡狀態(tài)的組織。
27SiMn材料的具體正火工藝為：加熱至920?930℃，保溫35min后風(fēng)冷。
經(jīng)正火熱處理后，對(duì)鋼管進(jìn)行檢測(cè)，其幾何尺寸精度、性能分別見(jiàn)表6和表7;鋼管表面粗糙度為12.5?m，脫碳層厚度為0.05mm;金相組織為4級(jí)，為珠光體+鐵素體。
對(duì)上述經(jīng)正火熱處理后鋼管的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，得出：
①鋼管的伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、沖擊功及表面粗糙度均達(dá)到技術(shù)要求;
②鋼管的幾何尺寸波動(dòng)較大，雖然在技術(shù)要求范圍內(nèi)，但是已經(jīng)接近極限值;
③鋼管的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度比冷拔鋼管有大幅降低;
④鋼管的金相組織大有改善，但是依然未達(dá)到液壓油缸缸筒的技術(shù)要求。
正火能消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體，對(duì)于亞共析鋼正火可細(xì)化晶格，提高綜合力學(xué)性能。當(dāng)27SiMn材料在正火時(shí)，加熱至鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度Ac3以上，鐵素體逐漸溶于奧氏體內(nèi)，鋼的組織就全部奧氏體化，產(chǎn)生大量的細(xì)小而且排列精密的奧氏體組織。也就是，該熱處理工藝雖能使27SiMn材料具有。的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑性、韌性等，但是抗彎曲和扭曲能力依然低下，尤其是疲勞強(qiáng)度不能滿足液壓油缸缸筒的技術(shù)要求。因此，當(dāng)液壓油缸缸筒在稍惡劣環(huán)境下使用并對(duì)性能及疲勞強(qiáng)度要求不高時(shí)，可以采取上述熱處理工藝生產(chǎn)。
4 調(diào)質(zhì)熱處理工藝
根據(jù)上述鋼管冷拔狀態(tài)下和經(jīng)去應(yīng)力及正火熱處理工藝后存在的弊端，如果要滿足復(fù)雜環(huán)境下使用的液壓油缸缸筒的技術(shù)要求，使鋼管具有足夠的強(qiáng)度、硬度、韌性、耐壓性和耐疲勞性，那么采取調(diào)整材料綜合力學(xué)性能的調(diào)質(zhì)熱處理工藝是最理想的選擇。
4.1常規(guī)調(diào)質(zhì)熱處理工藝
為了使缸筒用鋼管具有強(qiáng)度高、硬度高、耐磨性好、塑性強(qiáng)、承受壓力大、變形小、脫碳少以及疲勞壽命長(zhǎng)等優(yōu)良特性，鋼管熱處理按照以下工藝實(shí)施。
根據(jù)27SiMn材料的特點(diǎn)，具體的調(diào)質(zhì)熱處理工藝為：加熱至910?920℃，保溫35min后水冷;然后采取在510?520℃保溫180min的回火熱處理工藝。
經(jīng)此熱處理后，鋼管的幾何尺寸精度、性能分別見(jiàn)表8和表9;鋼管表面粗糙度為12.5?m，脫碳層厚度為 0.10mm;金相組織為回火索氏體+珠光體+半網(wǎng)狀、條狀、塊狀、針狀鐵素體(圖3)，晶粒度5級(jí);耐受壓力30 MPa(持續(xù)10s)
對(duì)上述檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，得出：
①鋼管經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理后，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、沖擊功及表面光潔度、脫碳層深度均達(dá)到液壓油缸缸筒的技術(shù)要求;
②鋼管經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理后，發(fā)生嚴(yán)重變形，不能滿足液壓油缸缸筒的技術(shù)要求;
③鋼管經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理后，金相組織為回火索氏體+珠光體+半網(wǎng)狀、條狀、塊狀、針狀鐵素體，晶粒度5級(jí)，未能達(dá)到液壓油缸缸筒的技術(shù)要求。
4.2調(diào)質(zhì)熱處理工藝效果較差的原因分析
4.2.1鋼管幾何尺寸精度產(chǎn)生嚴(yán)重變形
鋼管在經(jīng)過(guò)高溫淬火時(shí)，由于受到冷卻介質(zhì)急冷因素影響，瞬間產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，以及鋼管本身殘余應(yīng)力差，造成原本公差精準(zhǔn)的鋼管在經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)后產(chǎn)生嚴(yán)重形變。因此需要采取先期完全消除應(yīng)力、穩(wěn)定組織的熱處理工藝后再進(jìn)行調(diào)質(zhì)，就能有效預(yù)防鋼管調(diào)質(zhì)時(shí)產(chǎn)生形變。
4.2.2金相組織不符合要求
(1)上述調(diào)質(zhì)工藝加熱時(shí)溫度不能滿足金相組織轉(zhuǎn)變要求。淬火溫度過(guò)低會(huì)造成鐵素體沒(méi)有完全充分溶解，以及未完全充分奧氏體化。在此情況下就進(jìn)行冷卻淬火，使淬火前已經(jīng)析出的塊狀鐵素體，隨著溫度的降低和時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大。
(2)馬氏體轉(zhuǎn)變不完全。奧氏體必須以大于臨界冷卻速度冷卻到馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度Ms點(diǎn)，才能發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。馬氏體轉(zhuǎn)變與珠光體轉(zhuǎn)變不同，當(dāng)奧氏體被冷卻到Ms點(diǎn)以下任意溫度時(shí)，一般不需要孕育，轉(zhuǎn)變立即開(kāi)始，并且以極快速度進(jìn)行，但是轉(zhuǎn)變很快停止，不能進(jìn)行到終了。
為了使轉(zhuǎn)變能繼續(xù)進(jìn)行，必須降低溫度。當(dāng)溫度降低到馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度Mf后，馬氏體轉(zhuǎn)變已不能進(jìn)行。即使冷至Mf以下，馬氏體轉(zhuǎn)變量還未達(dá)100%，但是馬氏體轉(zhuǎn)變已經(jīng)停止，就存在馬氏體轉(zhuǎn)變不完全現(xiàn)象。因此，在本調(diào)質(zhì)工藝中，需要適當(dāng)提高淬火溫度和保溫時(shí)間，以加速和。奧氏體轉(zhuǎn)變。同時(shí)，鋼管冷卻時(shí)采取噴水冷卻方式，。用冷卻水槽冷卻時(shí)存在的弊端。由于本材料的Ms點(diǎn)為355℃，因此噴水冷卻至此Ms點(diǎn)溫度后，在繼續(xù)噴水的條件下才能使馬氏體有效完全轉(zhuǎn)變，否則會(huì)存在奧氏體轉(zhuǎn)變不完全，殘留奧氏體組織。
(3)冷卻介質(zhì)達(dá)不到鋼管在淬火時(shí)迅速熱擴(kuò)散冷卻的效果。當(dāng)直接采取自來(lái)水對(duì)鋼管進(jìn)行冷卻時(shí)，冷卻速度過(guò)快，局部冷縮不均勻，組織內(nèi)物質(zhì)擴(kuò)散不夠，內(nèi)應(yīng)力大，鋼管容易產(chǎn)生開(kāi)裂和變形。為了使淬火冷卻介質(zhì)具有冷卻溫度均勻、溫差小、冷卻速度快等特點(diǎn)，一般淬火技術(shù)是在自來(lái)水中加鹽等混合物，尤其是合金鋼的淬火冷卻中，淬火冷卻采取加鹽的措施，能滿足不同等溫溫度和冷卻速度的要求。因此，需要在冷卻水中加入5%?10%的工業(yè)用鹽，以達(dá)到溫度均勻、溫差小、冷卻速度快、材料內(nèi)部組織均勻等效果。
4.2.3加熱、冷卻速度對(duì)鋼管金相組織及變形影響
熱處理過(guò)程中加熱和冷卻速度非常關(guān)鍵，對(duì)于大型工件、異形件、管材等，存在不利于熱處理的設(shè)計(jì)缺陷，加熱和冷卻速度需要限制在。范圍，否則會(huì)造成工件各部溫差過(guò)大，導(dǎo)致工件熱應(yīng)力變形破壞，產(chǎn)生熱應(yīng)力和變形，同時(shí)還能影響奧氏體化過(guò)程是否完全。
(1) 限制加熱速度。限制加熱速度是為了鋼管各部分加熱更均勻，如果加熱速度太快會(huì)造成部分組織來(lái)不及奧氏體化，在開(kāi)始冷卻時(shí)形成屈氏體，不僅會(huì)影響奧氏體化的均勻程度，造成淬火后晶粒粗大，甚至出現(xiàn)晶間裂紋，而且還會(huì)造成鋼管變形。同時(shí)，加熱速度影響材料的微觀組織，加熱過(guò)程中速度快，則部分第二相來(lái)不及溶解。
(2) 提高冷卻速度。在退火時(shí)要冷卻速度慢，但是在淬火冷卻時(shí)，在保證微變形和不開(kāi)裂的前提下，速度越快越好冷卻速度直接影響到淬火所形成的組織。
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