唐学哲

（无锡威孚高科技股份有限公司）

零件淬火后总会或多或少的留有一些未转化的残留奥氏体。过多的残留奥氏体对零件的使用寿命和硬度不利，会造成软点和尺寸的不稳定性，但适量的残留奥氏体可以提高零件的疲劳强度。我们可以通过控制残留奥氏体来控制产品质量和使用寿命，以达到预期效果。

1.残留奥氏体对各类零件的影响

（1）滚动轴承要求有良好的耐磨性、高的滚动疲劳强度和好的尺寸精度稳定性，在常用应力水平下残留奥氏体对疲劳寿命影响不大。实际生产中轴承钢淬火后，一般不经过冷处理。

（2）齿轮一般也不需冷处理。残留奥氏体有利于其疲劳寿命的增加。

（3）对工具钢，残留奥氏体可增加耐冲击性。对于切削工具，残留奥氏体降低硬度使切削性能变坏。对钻头、丝锥等主要承受扭转应力的工具，适量的残留奥氏体是有利的。对压力加工的模具钢，尤其冲头适量的残留奥氏体是有益的。残留奥氏体相对于马氏体来说，残留奥氏体似海绵，可缓冲冲击，提高韧性，提高表面接触疲劳强度，延长冲头使用寿命。

（4）对量具，残留奥氏体不利于保证尺寸精度，必须用冷处理尽可能地消除残留奥氏体。

2.残留奥氏体影响因素分析

随着合金元素的提高，含碳量的增加，淬火中间停留或冷却速度缓慢，淬火温度提高，都会使残留奥氏体增加。淬火时冷却中断并等温停留，会使马氏体Z终转变量减少，残留奥氏体增多，这就是奥氏体的热稳定化。含碳量在共析点0.8左右，残留奥氏体在25%以下，残留应力为压应力。零件渗碳后表面含碳量高，淬火后残留奥氏体增多。

决定残留奥氏体含量的主要因素分别是：

（1）原材料合金元素的影响：Mn、Ni、Cr合金元素使淬火后残留奥氏体增加。

（2）原材料碳含量增加，使残留奥氏体增加。

（3）热处理工艺上，奥氏体化温度提高，淬火温度提高，淬火终止温度提高，淬火冷却速度减弱，淬火中间停留，都会使残留奥氏体增加。在零件材料确定的基础上，热处理适当降低淬火温度，增加冷处理（延续淬火）等都是减少残留奥氏体的有效措施。零件经淬火冷处理回火后残留奥氏体均≤10%，GCr15轴承钢一般在5%左右。

3.减少残留奥氏体措施

一般热处理淬火后进行马氏体转变，同时不可避免地会出现残留奥氏体。要消除或控制残留奥氏体，主要有以下几种方法：

（1）增加冷处理。冷处理是淬火得延续其实质是降低冷却终止温度，使残留奥氏体进一步转化为马氏体。这在GCr15的柱塞偶件中广泛运用，是促使残留奥氏体转变的Z有效的方法。一般残留奥氏体控制在10%以内。

（2）用贝氏体淬火取代马氏体淬火，即提高淬火终止温度，一般在Ms点附近等温，使反应生成铁素体和渗碳体形成的针状下贝氏体的类平衡组织，因不进行马氏体转变，而减少残留奥氏体。

（3）热处理工艺参数调整：①低碳钢渗碳时控制碳势，控制表面碳含量，控制氮碳化合物及碳化物级别，从而控制残留奥氏体。②降低奥氏体化淬火温度，淬火后立即回火，也可减少残留奥氏体的含量。③提高回火温度。可使钢中残留奥氏体转变为马氏体或分解，从而减少残留奥氏体。低于200℃回火，钢中残留奥氏体不分解。经过200～300℃回火，钢中残留奥氏体开始分解为下贝氏体。高于300℃回火，钢中残留奥氏体完全分解。在高速钢560℃回火冷却时一部分残留奥氏体发生马氏体转变，提高硬度，减少残留奥氏体。

（4）碳氮共渗时，氨气及碳氮化合物导致残留奥氏体增多。采用渗碳+淬火工艺取代碳氮共渗淬火，经过冷处理后可使在500倍放大镜下肉眼观察不到，残留奥氏体基本小于10%或5%。

4.生产运用

在具体生产中，运用于CB18、CPN2.2-0401挺柱体、滚轮衬套渗淬后残留奥氏体的控制。通过控制气氛，氨气通入量由40～80L/h,调整至20 L/h；丙烷控制在200 L/h，控制减少表面氮碳化合物及碳化物。降低淬火温度：由850℃调整至820～830℃，增加冷处理，回火温度由180℃提高到200℃等一系列工艺参数调整措施，使结果大为改善，控制残留奥氏体小于10%，达到技术要求。

锥阀材料20Cr，原采用碳氮共渗淬火+冷处理+回火，残留奥氏体超标。改为渗碳+淬火，控制渗碳时碳浓度1.0%，冷处理+回火，取得理想?果，使残留奥氏体在500倍放大镜下肉眼基本观察不到。残留奥氏体小于 10%，达到技术要求。

随着表面碳化物减少，残留奥氏体减少。因此控制碳势可控制残留奥氏体。根据实际生产经验，零件材料、热处理工艺及残留奥氏体控制范围见附表。对应金相组织分别如图1、图2、图3、图4和图5所示（均已是回火状态）。

不同材料及热处理工艺的残留奥氏体控制范围

图1

图2

图3

图4

图5

通过金相图片对比分析，20Cr等低碳钢渗碳淬火，碳氮共渗淬火由于氨气的通入，在提高表面硬度、表面生成氮碳化合物的同时也会使淬火时表面残留奥氏体增多。炉内碳势过高，表面形成大块碳化物，也会使表面残留奥氏体增多，如图1所示。通过冷处理可转化掉部分残留奥氏体而使残留奥氏体降低，如图2所示。不通入氨气，光渗碳、淬火+冷处理，则残留奥氏体会很少，如图3所示。GCr15轴承钢采用马氏体淬火+冷处理+低温回火，残留奥氏体约5%，如图4所示。用贝氏体等温淬火，则残留奥氏体小于等于2%（均由上海交大X射线电镜法测量），如图5所示。

来源：《金属加工（热加工）》杂志