4Cr10Si2Mo为典型马氏体Cr-Si系耐热气阀钢”。由于其合金含量高、钢水粘度大、导热性差、凝固结构具有较发达的粗大柱状晶带,连铸生产过程中易出现铸坯表面凹陷、中心疏松和缩孔、等轴晶率低等质量问题,国内绝大多数特钢厂采用模铸生产。柴油机气阀重要件“阀杆”是采用马氏体耐热钢4Cr10Si2Mo材料制成,生产这类零件必须经过热处理来提高它的抗拉强度和冲击值·延长柴油发动机的使用寿命。
设计要求"阀杆"具有高的抗拉强度和较高的冲击值,要提高阀杆的综合机械性能·只能将阀杆进行调质热处理。调质加热时使钢中的合金元素在高温加热过程中溶解在奥氏体内,均温后使钢完全奥氏体化,随后冷却奥氏体转变为马氏体,高温回火后转变成索氏体。
由于钢中含有大量的Cr,Si.Mo三种合金元素,它们均能提高钢的淬透性和抗回火稳定性。如果适当控制淬火加热温度和高温回火温度﹐使阀杆金相组织为均匀细致的回火索氏体和少量均匀分布的碳化物。这种调质后的组织可以提高它的抗拉强度和冲击值。我们用几种不同的淬火温度和回火温度进行工艺试验·下面详细介绍试验经过。
本试验所用的材料为国产4Cr10Si2Mo马氏体耐热钢,这类钢所采用的热处理方法主要是淬火十高温回火,其化学成分见表(一)
试样调质热处理工艺及试验数据见表(二表(三)。
4Cr10Si2Mo钢属于马氏体耐热钢·由于含铬量稍高并加人了0.70—0.90%铝·从而使其抗氧化性和热强性有所提高·并使回火脆性的敏感性减弱,这种钢适合制造内燃机进气阀和℃以下工作的排气阀。
从试验结果和金相分析可以看出,这种钢加热至高温,钢中的合金元素溶解于奥氏体中、部分碳化物也同时溶解于奥氏体中。而随后的快速冷却使奥氏体转变成马氏钵·马氏体经高温回火转变成回火索氏体和少量均勾分布的碳化物。合金元素的固溶强化·大大提高了它的综合机械性能。
锻造时必须控制好加热温度和终锻温度·加热温度不宜过高,过高的加热温度会造成零件原始组织大v碳化物大量聚集在品界上。将造成零件抗拉强度和冲击值的降低。
锻件必须经过高温退火。以便细化晶粒-降低硬度﹐消除应力,为今后的热处理创造有利条件。℃退火时,晶粒度为6—7级,℃退火时,晶粒度为5—6级,所以锻造退火温度不能超过℃.
钢中含有2.41%的硅-硅在钢中不形成碳化物·而是以固溶体的形态存在于奥氏体中.它提高钢中固溶体的强度。含硅量高的钢导热性较差v脱碳倾向比较严重,所以零件调质加热时必须注意升温速度不宜太快。
由于钢中含有%Si-0.85%Mo.%Cr,它们不仅增加钢的淬透性·还增加钢淬火后的抗回火性·使较大截面的阀杆可以淬深淬透,高温下回火仍然能保持较高的硬度值v增加零件的整体强度。高铬钢的导热性差因此气阀杆零件在调质加热过程中要注意缓慢升温,并应有足够的保温匀热时间。
从试验数据可以看出,随着淬火温度的升高淬火后硬度值也随之提高,但淬火温度不宜过高。因为4Cr10Si2Mo钢的AC。是℃,加热温度超过ACs以后·铁素体网完全消失,全部形成较细的奥氏体晶抗·合金元素也溶解于奥氏体中,若进―步提高加热温度﹑则奥氏体晶粒发生粗化,粗大的奥氏体晶粒将影响零件的机械性能。