钢丝索氏体化工艺探讨.pdf

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1、钢丝索氏体化工艺探讨东北特殊钢集团大连特殊钢丝有限公司徐效谦摘要：本文分析了钢丝性能与组织结构的关系、索氏体组织转变特点；淬火介质的物理性能和化学性能、索氏体化处理的实践经验和试验数据、各国弹簧钢丝标准的技术要求。深入、系统地论证了铅淬火目前尚无法完全被取代。对国家相关产业结构的调整提出切实可行的建议。关键词：铅淬火、水浴、盐浴、索氏体化处理。“铅淬火”是英国人詹姆斯·豪斯福尔(James·Horsfall)19世纪中期（1854年）发明的一项热处理技术，当初作为专利(patent)技术发布，又称为派登脱(patenting)

2、处理。就其本质而言，铅淬火(或铅浴)处理称为索氏体化处理似乎更合适。尽管铅淬火热处理过程中产生的铅烟和铅尘对人体的危害，对环境的污染都很严重，100多年来人们也一直在寻找代替铅的淬火介质，但时至今日，铅淬火作为经典工艺，仍然广泛地应用在碳素弹簧钢丝、制绳钢丝、橡胶管增强用钢丝、胎圈钢丝、针布钢丝、预应力钢丝和钢绞线等众多生产领域，究其原因是铅淬火可以获得具有优异综合力学性能和冷加工性能的索氏体组织。要找到取代铅淬火工艺，必须首先弄清索氏体组织的特性、索氏体转变特点、以及索氏体化处理方法。1索氏体组织的特性索氏体是奥氏体等温转变

3、的产物，是由铁素体薄层（片状）与渗碳体（包括碳化物）薄层（片状）交替重叠组成的共析组织，索氏体片间距大致为0.10～0.40μm，通常放大600倍以上才能看清其片层结构。在放大1500倍的显微镜中观察，其铁素体呈宽条状，渗碳体呈窄条状。若干铁素体与渗碳体平行排列组成一个晶体群叫索氏体晶团。一个奥氏体晶粒等温淬火时可能转变成几个索氏体晶团，各晶团之间的位向稍有差别。如果放大到足够倍数，就可以看清铁素体和渗碳体都呈灰白色，有珍珠的亮光，两者交界处因被腐蚀得凹凸不平而呈黑色。放大倍率不够时，渗碳体两边的界线分辨不开，渗碳体呈现为黑色

4、细条。放大倍率太低时，整个索氏体都呈现为一片灰黑色。索氏体是钢铁组织结构中强韧性兼备、综合力学性能最好的一种组织，具有以下特性：（1）具有索氏体组织的碳素钢丝抗拉强度高，有优异的深冷加工性能，能承受98%减面率的拉拔，冷加工强化系数也大于其它组织的钢丝，见表1，所以高强度高韧性钢丝首先要进行索氏体化处理，尤其是超高强度（Rm＞3000MPa）弹簧钢丝，希望通过铅淬火，获得索氏体晶团偏大，片间距偏薄的索1氏体。表1不同组织状态的碳素钢丝冷拉性能比较冷加工强化系数抗拉强度极限减面率牌号热处理方法显微组织1%减面率抗拉强度上升值MP

5、a%MPa索氏体化处理索氏体11508.698正火索氏体+细片珠光体9348.39070再结晶退火粒状+片状珠光体6617.385球化退火3级粒状珠光体5546.685索氏体化处理索氏体+铁素体8847.798正火细片珠光体+铁素体7756.99045再结晶退火粒状+片状珠光体5546.690球化退火3级粒状珠光体4746.190（2）索氏体组织具有良好的耐磨性，就制绳用钢丝而言，如果索氏体化处理工艺不当，生成先共析铁素体，或因表面脱碳形成铁素体，都造成钢丝绳早期或局部磨损，成为安全隐患。（3）弹簧的疲劳寿命是一项重要指标，从

6、组织结构着手，提高疲劳寿命的基本措施是保证钢丝具有单一的、片间距基本一致的索氏体。钢丝中如有游离铁素体，其疲劳寿命会成十倍，甚至是上百倍的下降；如有贝氏体或马氏体存在，其疲劳寿命会成百倍，甚至是上千倍的下降。（4）索氏体组织对氢脆的敏感性低于其他组织，酸洗、磷化以及弹簧电镀一般不会引起氢脆，因12此，具有索氏体组织的钢丝在高应力条件下使用，具有良好的抗延迟断裂性能。（5）索氏体对缺口和应力腐蚀的敏感性低于其他组织。(６)铅淬火+冷拉可获得纤维化的索氏体组织，见图1。具有这种组织的钢丝退火后可获得碳化物充分弥散的细粒状珠光体，特

7、别适合进行冷顶锻、开齿、冲眼、研磨、淬火等精细加工，碳素弹簧钢丝、制绳钢丝、橡胶管增强用钢丝、胎圈钢丝、预应力钢丝和钢绞线选用铅淬火+冷拉的生产工艺是鉴于索氏体组织的前五项持性。纺织工业各种针丝和金属针布钢丝选用铅淬火+冷拉的生1产工艺是鉴于索氏体组织的第六项持性。图170钢丝铅淬火+冷拉获得的索氏体组织图270钢丝油淬火-回火获得的回火索氏体组织回火索氏体组织也是钢丝中常见的高强度、高韧性、高疲劳寿命的组织结构。回火索氏体组织是马氏体、贝氏体、托氏体组织经高温回火（450℃～600℃）后得到的组织，如图2。回火索氏体组织可以

8、理解为具有球化倾向的索氏体组织。在相同转变温度下得到的回火索氏体抗拉强度略低于索氏体，回火索氏体的冷加工性能却远不如索氏体，能承受的极限减面率一般不超过80%，冷加工强化系数也较低。回火索氏体对缺口和应力腐蚀的敏感性也高于索氏体组织，对酸洗、磷化、电镀引起的氢脆特别敏感。铅淬