9SiCr鋼制零件經(jīng)真空熱處理和電爐熱處理后，分別對其表面質(zhì)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(jié)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(xiàn)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(nèi)外應(yīng)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(wěn)定性。由于刃具鋼制零件傳統(tǒng)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(yōu)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(jīng)常出現(xiàn)崩刃、折損等現(xiàn)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(nèi)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(zhì)量分數(shù).%)

　　

　　9SiCr 鋼化學成分

　　

　　1.2、設(shè)備及熱處理工藝

　　

　　真空熱處理采用北京航天神箭生產(chǎn)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(chǎn)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?；鼗鸩捎脦в醒h(huán)風扇的普通井式電爐，回火溫度200℃，保溫時間150min，空冷。

　　

　　2、結(jié)果及分析

　　

　　2.1、變形量對比

　　

　　試樣經(jīng)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(jié)論。主要原因是真空爐本身傳熱緩慢，這使得零件內(nèi)外溫差小、受熱均勻，熱應(yīng)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(chǎn)生的變形。電爐的裝爐方式為到溫入爐，這樣就使得零件內(nèi)外受熱不均勻，造成了熱應(yīng)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(tài)下加熱時，真空爐內(nèi)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(tài)，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(chǎn)生氧化、脫碳現(xiàn)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(tài)下加熱，由于真空熱處理工藝采用了預熱使得零件內(nèi)外受熱更加均勻，以及真空淬火時不產(chǎn)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(tài)下通過輻射傳熱的方式加熱，加熱過程中的熱應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力減小，使得淬火后殘余內(nèi)應(yīng)力小，內(nèi)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(jié)論

　　

　　(1) 9SiCr 鋼件真空熱處理后，表面沒有氧化、脫碳等現(xiàn)象，真空熱處理以后材料的表面質(zhì)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。