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4Cr10Si2Mo為典型馬氏體Cr-Si系耐熱氣閥鋼"。由于其合金含量高、鋼水粘度大、導熱性差、凝固結構具有較發達的粗大柱狀晶帶,連鑄生產過程中易出現鑄坯表面凹陷、中心疏松和縮孔、等軸晶率低等質量問題,國內絕大多數特鋼廠采用模鑄生產。柴油機氣閥重要件“閥桿"是采用馬氏體耐熱鋼4Cr10Si2Mo材料制成,生產這類零件必須經過熱處理來提高它的抗拉強度和沖擊值·延長柴油發動機的使用壽命。
設計要求"閥桿"具有高的抗拉強度和較高的沖擊值,要提高閥桿的綜合機械性能·只能將閥桿進行調質熱處理。調質加熱時使鋼中的合金元素在高溫加熱過程中溶解在奧氏體內,均溫后使鋼*奧氏體化,隨后冷卻奧氏體轉變為馬氏體,高溫回火后轉變成索氏體。
由于鋼中含有大量的Cr,Si.Mo三種合金元素,它們均能提高鋼的淬透性和抗回火穩定性。如果適當控制淬火加熱溫度和高溫回火溫度﹐使閥桿金相組織為均勻細致的回火索氏體和少量均勻分布的碳化物。這種調質后的組織可以提高它的抗拉強度和沖擊值。我們用幾種不同的淬火溫度和回火溫度進行工藝試驗·下面詳細介紹試驗經過。
本試驗所用的材料為國產4Cr10Si2Mo 馬氏體耐熱鋼,這類鋼所采用的熱處理方法主要是淬火十高溫回火,其化學成分見表(一)
試樣調質熱處理工藝及試驗數據見表(二>表(三)。
4Cr10Si2Mo鋼屬于馬氏體耐熱鋼·由于含鉻量稍高并加人了0.70—0.90%鋁·從而使其抗氧化性和熱強性有所提高·并使回火脆性的敏感性減弱,這種鋼適合制造內燃機進氣閥和700℃以下工作的排氣閥。
從試驗結果和金相分析可以看出,這種鋼加熱至高溫,鋼中的合金元素溶解于奧氏體中、部分碳化物也同時溶解于奧氏體中。而隨后的快速冷卻使奧氏體轉變成馬氏缽·馬氏體經高溫回火轉變成回火索氏體和少量均勾分布的碳化物。合金元素的固溶強化·大大提高了它的綜合機械性能。
鍛造時必須控制好加熱溫度和終鍛溫度·加熱溫度不宜過高,過高的加熱溫度會造成零件原始組織大v碳化物大量聚集在品界上。將造成零件抗拉強度和沖擊值的降低。
鍛件必須經過高溫退火。以便細化晶粒-降低硬度﹐消除應力,為今后的熱處理創造有利條件。900℃退火時,晶粒度為6—7級,950℃退火時,晶粒度為5—6級,所以鍛造退火溫度不能超過950℃.
鋼中含有2.41%的硅-硅在鋼中不形成碳化物·而是以固溶體的形態存在于奧氏體中.它提高鋼中固溶體的強度。含硅量高的鋼導熱性較差v脫碳傾向比較嚴重,所以零件調質加熱時必須注意升溫速度不宜太快。
由于鋼中含有241%Si-0.85%Mo.1010%Cr,它們不僅增加鋼的淬透性·還增加鋼淬火后的抗回火性·使較大截面的閥桿可以淬深淬透,高溫下回火仍然能保持較高的硬度值v增加零件的整體強度。高鉻鋼的導熱性差因此氣閥桿零件在調質加熱過程中要注意緩慢升溫,并應有足夠的保溫勻熱時間。
從試驗數據可以看出,隨著淬火溫度的升高淬火后硬度值也隨之提高,但淬火溫度不宜過高。因為4Cr10Si2Mo鋼的AC。是950℃,加熱溫度超過ACs以后·鐵素體網*消失,全部形成較細的奧氏體晶抗·合金元素也溶解于奧氏體中,若進―步提高加熱溫度﹑則奧氏體晶粒發生粗化,粗大的奧氏體晶粒將影響零件的機械性能。
