9SiCr鋼制零件經真空熱處理和電爐熱處理后，分別對其表面質量、變形量、金相組織、沖擊韌度、斷口形貌和耐磨性能進行了測定。結果表明：9SiCr鋼制零件在真空熱處理后零件表面無氧化、脫碳現象;零件變形量更小、硬度更高曰;耐磨性能、沖擊韌度明顯提高。

　　

　　真空熱處理后隨爐試樣的回火馬氏體更細小、碳化物顆粒分布也更均勻。從斷口形貌可看出真空熱處理后隨爐試樣的韌窩更多，零件的沖擊韌度明顯更好。

　　

　　9SiCr鋼是國內外應用廣泛的一種低合金刃具鋼，該鋼制零件具有較高的淬透性和淬硬性，并且有較高的回火穩定性。由于刃具鋼制零件傳統的熱處理主要采用鹽浴淬火和箱式電阻爐淬火，后來也有采用保護氣氛爐淬火處理零件的情況。但是許多文獻中指出模具、刃具的各種熱處理工藝方法中，真空熱處理具有顯著的優點，真空熱處理具有無加熱氧化、不脫碳、變形小、零件表面光亮、爐溫均勻性好、自動化程度高等特點，同時真空熱處理可以有效地控制加熱和冷卻速度，與用普通電阻爐熱處理相比，零件變形更小。普通電爐淬火、回火往往使零件韌性不足，使得制作的模具、刃具經常出現崩刃、折損等現象，從而造成早期失效，影響模具使用壽命。模具失效分析表明，熱處理因素影響z*大，約占50%。

　　

　　目前，國內外對9SiCr 鋼件的真空熱處理研究較少。鑒于此，本文對9SiCr鋼件分別進行普通電爐熱處理和真空爐熱處理，從硬度、變形量、耐磨性、沖擊韌度、抗拉強度等角度進行比較，對9SiCr 鋼件真空熱處理工藝進行初步的探索。

　　

　　1、實驗材料及方法

　　

　　1.1、試驗用料

　　

　　本文選用的材料是9SiCr鋼，其化學成分見表1。

　　

　　表1 9SiCr 鋼化學成分(質量分數.%)

　　

　　9SiCr 鋼化學成分

　　

　　1.2、設備及熱處理工藝

　　

　　真空熱處理采用北京航天神箭生產的雙室真空油淬爐，普通電爐熱處理采用重慶飛達電爐廠生產的普通箱式電阻爐。

　　

　　將準18mm×150mm 的試樣分成2 組，一組為真空熱處理，另一組為普通電阻爐熱處理。具體熱處理工藝曲線如圖1所示。

　　

　　真空熱處理工藝曲線

　　

　　圖1 真空熱處理工藝曲線

　　

　　加熱前將真空爐加熱室真空壓強抽到13.3 Pa以下，真空工作壓強始終保持在1.33～13.3Pa，淬火時采用先充入氬氣后入油的方式進行淬火，通過回充氬氣使油面壓強控制在5×104 Pa 左右。普通電爐采用零件到溫入爐的方式入爐，淬火溫度(860±10)℃，保溫時間40min，油冷淬火。回火采用帶有循環風扇的普通井式電爐，回火溫度200℃，保溫時間150min，空冷。

　　

　　2、結果及分析

　　

　　2.1、變形量對比

　　

　　試樣經過熱處理后，肯定會存在或多或少的變形。從表2可看出，電爐熱處理的變形量為0.116mm，真空熱處理的變形量只有0.057mm，明顯可以得出真空熱處理后試樣變形量遠小于電爐熱處理的結論。主要原因是真空爐本身傳熱緩慢，這使得零件內外溫差小、受熱均勻，熱應力變形減小。同時由于真空爐淬火過程是自動控制的，減少了外力干擾而產生的變形。電爐的裝爐方式為到溫入爐，這樣就使得零件內外受熱不均勻，造成了熱應力大，所以變形量就大。

　　

　　表2 試樣變形量(mm)

　　

　　試樣變形量

　　

　　2.2、硬度和耐磨性對比

　　

　　從表3可以看出，真空熱處理后試樣的硬度值更高，大約提高2 HRC。從圖2 可以看出，普通熱處理后試樣的磨損量明顯大于真空熱處理后試樣的磨損量，耐磨性能提高了60%左右，說明真空熱處理后試樣的耐磨性得到了很大幅度的提高。這都是因為在真空狀態下加熱時，真空爐內殘存的氣體是H2O、CO、CO2以及油脂等有機物蒸汽，工件表面呈活性狀態，零件不容易脫碳，以及真空熱處理有脫氣、脫脂等作用，使真空熱處理后試樣表面幾乎不存在氧化皮，從而硬度更大，表面更光潔。相反普通電爐加熱時，試樣表面容易產生氧化、脫碳現象，所以真空熱處理后試樣的硬度更高，更能提高材料的耐磨性能。

　　

　　表3 試樣硬度值(HRC)

　　

　　試樣硬度值

　　

　　磨損量示意圖

　　

　　圖2 磨損量示意圖

　　

　　2.3、力學性能對比

　　

　　從沖擊韌度和拉伸試驗對比示意圖(圖3、4)中可以看出，真空熱處理后試樣的沖擊韌度、抗拉強度更大。這是因為鋼件在真空狀態下加熱，由于真空熱處理工藝采用了預熱使得零件內外受熱更加均勻，以及真空淬火時不產生阻礙冷卻的氧化膜，而且零件淬火入油時各表面冷卻速度大致相同，以及試樣真空淬火后回火的金相組織呈細針狀回火馬氏體，因而真空淬火后9SiCr 鋼的沖擊韌度、抗拉強度好于普通熱處理。

　　

　　沖擊韌度示意圖

　　

　　圖3 沖擊韌度示意圖

　　

　　抗拉強度示意圖

　　

　　圖4 抗拉強度示意圖

　　

　　2.4、斷口形貌對比

　　

　　從圖5、6 的斷口形貌來看，斷口多為韌性斷口，韌性斷口在高倍顯微鏡下的形貌由韌窩和撕裂嶺組成。可以看出，真空熱處理后韌性斷口的韌窩多而且密集，說明真空熱處理后材料的韌性更好。這是因為真空熱處理在真空狀態下通過輻射傳熱的方式加熱，加熱過程中的熱應力和內應力減小，使得淬火后殘余內應力小，內部組織、碳化物分布均勻，所以真空熱處理后試樣斷口的韌窩更多，普通熱處理試樣的強度、韌性不如真空熱處理的。

　　

　　普通淬火后的斷口形貌

　　

　　圖5 普通淬火后的斷口形貌

　　

　　真空淬火后的斷口形貌

　　

　　圖6 真空淬火后的斷口形貌

　　

　　3、結論

　　

　　(1) 9SiCr 鋼件真空熱處理后，表面沒有氧化、脫碳等現象，真空熱處理以后材料的表面質量更好，變形明顯小于普通電爐熱處理。

　　

　　(2) 9SiCr 鋼件真空熱處理后，硬度分布更加均勻而且提高了2 HRC，力學性能更好，變形量降低了50%，耐磨性能提高了60%，抗拉強度提高了15%左右。

　　

　　(3) 9SiCr 鋼真空熱處理后試樣所獲得的斷口形貌更為理想，試樣斷口的韌窩多于普通電爐熱處理后斷口的韌窩。