研究了不同淬火+低溫回火工藝對T8 鋼力學性能的影響。結果表明，改進工藝與常規(guī)工藝相比其性能均有所改善，并且采用充分預熱快速短時淬火強化工藝不僅變形小，性能好而且節(jié)省時間，提高生產(chǎn)效率,充分發(fā)揮材料潛力，降低了成本，延長了工具的使用壽命。
T8鋼屬于高碳鋼，在實際生活中經(jīng)常被用做刃具，然而刃具在切削過程中刀刃與工件在切削之間強烈摩擦將導致嚴重磨損和切削熱，刃口局部區(qū)域極大的切削力、沖擊和振動將可能導致刃具崩刃或折斷。特別是在切削過程中受到彎曲、剪切、沖擊、扭轉、震動、摩擦等力的同時還產(chǎn)生熱量，有時可使刀刃溫度升到600℃以上甚至更高，刃部發(fā)生磨耗，將直接影響刃具的使用壽命。因此，研究不同的淬火+低溫回火藝對T8 鋼力學性能的影響有十分重要的意義，所以應尋求一種工藝去改善這種現(xiàn)象，這就是本文研究的主要目的。
1、實驗材料及方法
實驗所采用的材料為準20mm伊4m的碳素工具鋼T8鋼，先切割成長180mm的短棒，然后銑成10mm伊10mm伊55mm 的標準沖擊試樣。然后對試樣進行熱處理。先進行球化退火處理，其工藝為750～780℃加熱，保溫3h，爐冷到680℃保溫4h，隨爐冷到550℃出爐空冷。然后最終熱處理，其工藝如表1所示。對熱處理后的試樣進行洛氏硬度測試和沖擊試驗，沖擊試驗采用一次沖擊擺錘試驗。
表1 最終熱處理工藝規(guī)范
2、結果與討論
2.1、熱處理工藝對T8 鋼性能的影響
不同熱處理后T8 鋼的性能變化如表2 所示。可以看出，第一種常規(guī)熱處理工藝下的硬度和沖擊性能均較低，而改進后的其他幾種工藝在性能上均有所提高，第2#種工藝與第3#種工藝分別為相同的冷卻介質(zhì)但不同的冷卻順序，就這一點給結果帶來非常的不同，在第3#種工藝中有可能是因為水的冷卻速度很快，淬火形成的馬氏體是隱晶狀的，在奧氏體中的碳化物以均勻細小的形式析出，相當于一種細晶強化，在所有的強化中唯有細晶強化即能提高硬度同時又能提高韌性。而油在高溫區(qū)的冷卻能力很低，使得淬硬層比較薄，表面組織回火馬氏體，所以硬度變化應該不是很明顯，但由于油的冷速很慢以至于生成不完全淬火組織，使韌性有所改善。
表2 不同工藝的試驗數(shù)據(jù)
第3#種工藝是本論文的核心所在：常規(guī)的熱處理方案為780℃淬火保溫30min，水淬，再200℃回火1h，而改進的工藝為先在650~680℃預熱5min然后780～800℃加熱2min 水淬油冷，淬入水溶液2s再200℃回火1h，是一種典型的高溫快速短時間保溫的熱處理工藝。對這兩種工藝進行比較可知，第3#種工藝的韌性和硬度都比常規(guī)的要高，雖然工序有點煩瑣，但可以節(jié)省20%的時間，而且對于T8鋼按常規(guī)熱處理淬火后，耐磨性較高，但韌性很低，如沖頭等工件常因韌性不足而折斷。采用充分預熱快速短時淬火強化工藝不僅變形小，性能好而且提高生產(chǎn)效率。充分發(fā)揮材料潛力，降低了成本，延長了工具的使用壽命。
2.2、熱處理工藝對T8 鋼組織的影響
從圖1(a)中可看出，T8 鋼常規(guī)熱處理后的組織是回火馬氏體及少量殘余奧氏體和未溶解彌散細小的碳化物，T8 鋼的亞溫淬火是從低溫加熱升溫進入臨界區(qū)，故原碳化物尚未完全溶解，而尚未溶解的碳化物細小且均勻分布，這對T8 鋼韌性的提高有良好的作用。由于殘余奧氏體的存在使裂紋的擴展變得困難(因受塑性變形或產(chǎn)生部分馬氏體轉變使應力松弛)，使鋼的脆性降低，故綜合性能比較可觀。
圖1 不同工藝處理后的試樣的金相組織照片
從圖1(b)中可看出，其組織為回火馬氏體、極少量殘余奧氏體，以及呈點狀的碳化物。由于組織細致，細節(jié)不太明顯。這種組織的形成是鋼在臨界溫度下的加熱過程中，通過奧氏體相區(qū)臨界溫度的冷卻速度過于緩慢，致使過剩碳化物有足夠的機會沿著晶界析出。這種過剩的碳化物不能用正常的淬火溫度來消除，因為排列在晶界上較大的碳化物顆粒不易溶解，同時碳化物的密集程度也比較大，需要足夠高的加熱溫度和充足的保溫時間才能溶入奧氏體，這種條件下卻往往容易引起淬火組織的粗大。從圖1(c)中可看出，其組織為回火細馬氏體和均勻分布的小顆粒狀碳化物與極小量殘余奧氏體，綜合性能比較好。
3、結論
(1) 相同的冷卻介質(zhì)不同的冷卻順序對性能可以產(chǎn)生較大的影響。
(2) 不同的淬火加熱溫度對碳鋼的沖擊韌度和硬度有較大的影響，總的規(guī)律是：隨淬火溫度的升高，沖擊韌度增加，而硬度下降。
(3) 采用預熱方法提高了加熱速度，使其性能也得到很大的改善。
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