某16MnCr5零件，厚4mm，滲碳淬火后表面硬度要求大于700HV3， 但在實際生產過程中，熱處理表面硬度低于700 HV3。如何合理選配滲碳溫度、滲碳碳勢、淬火溫度、淬火碳勢，通過改善熱處理后表面殘余奧氏體的量來達到要求。

1 實驗材料及原熱處理工藝

實驗材料的化學成分見表1。

要求滲碳淬火后表面硬度>700HV3，表面組織只允許存在10%的殘余奧氏體。

熱處理設備為中日合資鹽城豐東公司的BBH-600 預抽真空多用爐；淬火用油為上海好富頓HQG 油； 熱處理氣氛為滴注式氣氛， 滲碳溫度880℃，碳勢：1.15%直接淬火。經此工藝處理后，表面硬度660～690HV3，表面組織中存在約20%的殘余奧氏體。

2 原因分析及實驗驗證

2．1 表面組織的驗證

熱處理后表面硬度低，通過PFMER 分析，可能原因是熱處理后表面殘余奧氏體多。經檢測金相組織，表面存在約20%的殘余奧氏體，如圖1所示。為驗證熱處理后表面組織殘余奧氏體的真實性， 通過冷處理和高溫回火處理來驗證。冷處理使殘余奧氏體在0℃以下轉變為馬氏體；零件滲碳后，在680℃左右進行長時間的高溫回火， 使奧氏體分解為珠光體，然后再低溫(750～780℃)淬火。

2.1.1 深冷處理

先進行深冷處理，在-180℃保溫120 min；然后在多用爐中進行低溫(200℃)保溫120min 回火。熱處理后重新檢測硬度和金相組織，硬度在770HV3以上，表面組織中不存在殘余奧氏體。

2.1.2 高溫回火處理

先用井式爐進行退火，650℃保溫120 min 后隨爐降溫，降到250℃左右出爐空冷；然后在多用爐中于780℃保溫90min 后直接油冷。熱處理后重新檢測硬度和金相組織，硬度在730HV3 以上，表面組織不存在殘余奧氏體。根據以上分析得， 由于表面組織存在過量的殘留奧氏體，引起零件表面硬度低。

2．2 殘余奧氏體過量的原因分析

引起殘留奧氏體過量的主要原因有： ①鋼中合金元素過多。如Cr、Mn 等元素溶入奧氏體中，提高了奧氏體的穩定性，使淬火后殘留奧氏體量增多。②滲層碳的質量分數過高。滲碳氣體碳勢過高和滲碳溫度偏高，使溶入奧氏體中的碳量增加，使淬火后殘留奧氏體量增多。由于原材料的化學成分不可改變， 只能通過合理選擇滲碳溫度、淬火溫度、爐內碳勢來改變表面組織， 降低殘留奧氏體量，使表面硬度達到技術要求。

2．3 熱處理工藝試驗

2.3.1 滲碳溫度及淬火溫度的選擇：

經查手冊知：淬火Ⅰ(心部)：(850～880)℃，淬火Ⅱ(表層)：(810～840)℃油冷； 所以選擇在840～860℃做熱處理工藝試驗。

2.3.2 滲碳碳勢及淬火碳勢的選擇熱處理后零件表面含碳量在0.7%時硬度最高， 考慮到爐氣碳勢要高出零件表面含碳量0.2%～0.4%[5]。通過DOE 試驗最終確定，滲碳溫度860℃，碳勢1.0%；淬火溫度840℃，碳勢0.6%。熱處理后檢測表面硬度和金相組織。結果表面硬度>700HV3，表面組織存在約5%的殘余奧氏體，滿足產品技術要求。

3 結語

(1) 零件熱處理表面硬度不合格時， 要充分利用金相學分析組織， 并通過實際試驗來驗證組織判斷的合理性。

(2) 合理選擇滲碳熱處理工藝參數， 確保金相組織符合技術要求，從而使硬度指標合格。