不銹鋼鑄造后進行表面熱處理,在提升材料性能、優化表面質量等方面有著關鍵作用,同時其操作過程也需嚴格把控。
一、作用
(一)提高耐腐蝕性
不銹鋼雖本身具有一定耐腐蝕性,但鑄造過程可能影響其表面的鈍化膜完整性。通過合適的表面熱處理,如鈍化處理,能促使不銹鋼表面重新生成致密、均勻的鈍化膜。這層鈍化膜猶如一道堅固的屏障,有效阻擋外界腐蝕性介質的侵蝕,顯著增強不銹鋼鑄件在各類環境中的耐腐蝕能力,延長其使用壽命。例如,在化工設備中使用的不銹鋼鑄件,經過鈍化處理后,可更好地抵御酸堿等化學物質的腐蝕。
(二)改善硬度與耐磨性
不同的表面熱處理工藝能調整不銹鋼的硬度。例如,通過滲碳、滲氮等化學熱處理,可使不銹鋼表面形成高硬度的化合物層。這不僅提高了表面硬度,還增強了耐磨性。對于在摩擦環境下工作的不銹鋼鑄件,如機械傳動部件中的不銹鋼齒輪,經此類處理后,能有效減少磨損,提高傳動效率,降低設備維護成本。
(三)消除殘余應力
鑄造過程中,不銹鋼內部會不可避免地產生殘余應力。殘余應力的存在可能導致鑄件在后續加工或使用過程中發生變形甚至開裂。通過去應力退火等熱處理方式,可使不銹鋼內部原子重新排列,有效消除殘余應力,提高鑄件尺寸穩定性,確保其在使用過程中的精度和可靠性。
二、操作
(一)淬火
加熱:將鑄造后的不銹鋼鑄件緩慢加熱至合適的淬火溫度范圍。這個溫度因不銹鋼的具體成分而異,一般在 950 - 1100℃之間。加熱速度不宜過快,以免因熱應力導致鑄件變形或開裂。
保溫:達到淬火溫度后,需保持一定時間,使鑄件整體溫度均勻,并讓合金元素充分溶解于奧氏體中,為后續的快速冷卻做準備。保溫時間根據鑄件的尺寸、形狀以及加熱設備的特性來確定,通常在數分鐘到數小時不等。
冷卻:迅速將鑄件放入淬火介質中冷卻,如油、水或專用淬火液。冷卻速度要足夠快,以獲得所需的馬氏體組織,從而提高硬度和強度。但冷卻速度過快也可能產生較大的內應力,因此需根據鑄件的具體情況選擇合適的淬火介質和冷卻方式。
(二)回火
加熱:淬火后的不銹鋼鑄件需進行回火處理。將鑄件加熱至低于淬火溫度的回火溫度范圍,一般在 150 - 700℃之間。回火溫度的選擇取決于鑄件所需的性能,較低溫度回火可保持較高硬度,而較高溫度回火則能提高韌性。
保溫:在回火溫度下保持一定時間,使馬氏體中的過飽和碳原子充分析出,形成穩定的碳化物,從而消除淬火內應力,調整組織和性能。保溫時間同樣根據鑄件的具體情況確定,一般在 1 - 3 小時左右。
冷卻:保溫結束后,將鑄件隨爐冷卻或空冷至室溫。回火后的冷卻速度對性能影響相對較小,但對于一些對殘余應力敏感的不銹鋼材料,緩慢冷卻有助于進一步降低殘余應力。
(三)表面化學熱處理(以滲碳為例)
準備:將不銹鋼鑄件清理干凈,去除表面的油污、鐵銹等雜質,確保滲碳效果。
裝箱:將鑄件放入滲碳箱中,周圍填充滲碳劑,如木炭、碳酸鹽等。滲碳劑的作用是在加熱過程中分解出活性碳原子,為滲碳提供碳源。
加熱:將滲碳箱放入加熱爐中,緩慢升溫至滲碳溫度,一般在 900 - 950℃之間。加熱過程中,滲碳劑分解產生的活性碳原子吸附在鑄件表面,并向內部擴散。
保溫:在滲碳溫度下保持足夠的時間,使碳原子在鑄件表面形成一定厚度的滲碳層。保溫時間根據所需滲碳層厚度來確定,通常為幾小時到十幾小時。
冷卻:滲碳結束后,將鑄件隨爐冷卻或出爐空冷。對于一些要求較高的鑄件,可能還需要進行后續的淬火和回火處理,以進一步提高表面硬度和綜合性能。
不銹鋼鑄造后的表面熱處理通過多種方式改善鑄件性能,且不同的熱處理操作有著嚴格的流程和參數要求,只有準確把控,才能充分發揮表面熱處理的優勢,生產出高質量的不銹鋼鑄件。