調質鋼的熱處理包括預備熱處理和最終熱處理。

(1) 預備熱處理

    預備熱處理是調質鋼經鍛、軋后, 在冷加工前進行的一道熱處理工序。其目的是降低硬度、細化晶粒、消除不良組織和防止白點產生, 為隨后的調質處理作組織準備。

    碳鋼與合金含量低的鋼, 預備熱處理可以采用正火或退火; 合金元素較多、淬透性較好的鋼可采用正火 + 高溫回火或完全退火處理。

應該指出, 大型零件一定要經過預備熱處理 ( 正火或退火) , 處理后還要進行探傷檢查,確保零件內部沒有不允許存在的缺陷 (如白點、裂縫等) , 方可進行最終熱處理; 硼鋼的預備熱處理應采用正火 + 高溫回火處理, 在 750℃左右慢冷易產生“硼脆”現象, 故應避免采用退火處理。

(2) 最終熱處理

    調質的最終熱處理大多是調質處理, 其目的是要獲得具有良好的綜合力學性能的回火索氏體 ( 或回火索氏體 + 托氏體) 組織。

1) 調質工藝

①淬火加熱溫度 

    調質鋼的淬火加熱溫度為Ac3+ (30～50℃)。由于調質鋼為亞共析鋼, 如果淬火溫度過低, 淬火組織中將存在未溶解的先共析鐵素體, 使鋼的硬度、強度降低。如果淬火溫度過高, 奧氏體晶粒粗化, 使鋼的性能變壞。錳鋼和硼鋼的過熱傾向較大,淬火加熱時尤其應注意。

②淬火加熱保溫時間 

    淬火加熱的保溫時間必須能使足夠的碳化物溶于奧氏體中, 并均勻化。在空氣電阻爐中加熱時, 碳鋼為1～1.2min/mm, 低合金鋼為1.2～1.5 min/mm。在鹽浴爐中加熱時, 碳鋼為0.3～0.5min/mm, 低合金鋼為 0. 5～0.8min/ mm。

③淬火冷卻 

    淬火冷卻是鋼調質處理的關鍵。淬火冷卻介質及冷卻方式應根據鋼的淬透性及零件尺寸合理選擇, 盡可能地使零件淬透。碳鋼一般用水淬或水淬 - 油冷, 低合金鋼用油淬。合金元素較多的調質鋼, 可采用更緩和的淬火介質與冷卻方式。對于大尺寸的合金鋼零件, 可采用水淬 - 油冷的方法以增加淬硬層深度。

④回火 

    回火溫度應根據零件的硬度要求選擇。通常在 500～650℃的范圍內進行高溫回火,以獲得強度與韌性適中的回火索氏體。常用調質鋼淬火、回火溫度與冷卻方式見表 6—1。

2) 操作要點

①裝爐 

    裝爐時應注意裝爐量和裝爐方式。箱式爐加熱時, 不允許零件堆放, 零件之間的間隔應為零件厚度之半, 以便于零件均熱。

②加熱保溫 

    淬火加熱的目的是為了使鋼完全奧氏體化, 并得到晶粒細小、成分均勻的奧氏體, 為隨后冷卻獲得馬氏體組織作準備。因此, 合理選擇加熱溫度尤為重要。

    a. 小截面的碳鋼件若用油淬時, 為增加其淬透性, 取上限加熱溫度; 而低合金鋼件若用水淬時, 為防止變形和開裂, 取下限加熱溫度; 對于淬堿浴的零件應比一般加熱溫度高10～20℃, 或采用上限加熱溫度。

    b. 零件的尺寸較大, 選上限加熱溫度, 取下限加熱保溫時間; 零件尺寸較小, 則選下限加熱溫度, 取上限加熱保溫時間; 截面變化大、形狀復雜容易變形的零件應取較低的淬火加熱溫度。

    c. 對于直徑或厚度超過150mm 的大件進行調質時, 應采用階梯加熱法 (也稱分段加熱法 ) , 如圖6-7所示。裝爐溫度一般應不于450℃, 并在裝爐溫度保溫1～3h, 再以30～70℃/ h 升溫至600～650℃保溫一段時間后, 直接升到加熱溫度。

    d. 合金元素對調質鋼的加熱有很大影響, 錳鋼應注意防止過熱, 含硅鋼應注意防止脫碳。錳鋼和含硅的鋼加熱 溫度不宜太高, 加熱時間不宜過長。

③淬火冷卻 

    淬火冷卻時必須嚴格控制冷卻時間, 使零件盡可能獲得所需的轉變產物-馬氏體, 而且盡量使零件整個截面上組織均勻。由于零件形狀、材料和產生條件不同, 應結合實際情況采用預冷淬火、雙介質淬火、分級淬火等方法。

④回火 

    為了使調質鋼具有良好的綜合力學性能, 調質零件通常是在500～650℃范圍內進行高溫回火。合金鋼的回火溫度比碳鋼高 30～50℃。為避免產生開裂, 大型零件、水淬或水淬油冷零件, 以及其他重要零件均應立即回火。為減少大件在回火過程中的內外溫差, 降低應力, 應采用350～400℃裝爐, 保溫2～5 h 再升溫至回火溫度。大件回火后, 可在爐中冷至400～500℃左右再出爐空冷。對于具有第二類回火脆性的鋼出爐后應快冷 (油冷或水冷) , 然后再在不引起回火脆性的溫度 (< 450℃) 下進行補充回火, 以消除殘余應力。