這可能是熱處理車間里被反復(fù)提起的一個(gè)問題：工件已經(jīng)放進(jìn)零下一百多度的液氮里“冷透”了，還有必要再回火嗎？有些操作者甚至?xí)X得，深冷處理本身就帶著“深度處理”的名頭，是不是可以省掉回火這一步。實(shí)際上，深冷處理和回火不僅不存在替代關(guān)系，而且深冷之后如果不及時(shí)、規(guī)范地回火，前期的淬火和深冷努力很可能白費(fèi)，甚至直接導(dǎo)致工件報(bào)損。要弄明白這層關(guān)系，需要從深冷處理到底改變了什么，以及回火在整套熱處理流程中到底起什么作用說起。
深冷處理究竟改變了什么
深冷處理并不是為了追求“冷”而冷。它的核心目的是將淬火后仍保留在鋼中的殘余奧氏體，繼續(xù)向馬氏體轉(zhuǎn)變。很多高碳高合金鋼在常規(guī)淬火之后，由于Ms點(diǎn)（馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度）和Mf點(diǎn)（轉(zhuǎn)變終了溫度）的關(guān)系，組織里會(huì)殘留百分之十幾甚至二十幾的奧氏體。這些殘余奧氏體常溫下并不穩(wěn)定，使用過程中如果遇到溫度變化或受力，就會(huì)慢慢轉(zhuǎn)變成馬氏體，同時(shí)帶來體積膨脹，導(dǎo)致精密零件尺寸“蠕動(dòng)”、刃具變形或者模具配合間隙跑偏。把工件冷卻到-80℃乃至-150℃以下，相當(dāng)于給了這些殘余奧氏體一個(gè)足夠大的驅(qū)動(dòng)力，促使其盡可能多地變成馬氏體。
但問題隨之而來：這部分在深冷過程中剛剛轉(zhuǎn)變的新鮮馬氏體，狀態(tài)和淬火時(shí)形成的馬氏體一樣，處于高內(nèi)應(yīng)力、高脆性的狀態(tài)，內(nèi)部位錯(cuò)塞積嚴(yán)重，晶體結(jié)構(gòu)也不穩(wěn)定。如果放著不管，工件就像是內(nèi)部繃緊了一根根看不見的弦，稍遇外力或溫度起伏就容易崩斷。
回火的作用不可跳過
回火工序的本質(zhì)，就是給這些硬而脆的馬氏體組織做一個(gè)“放松和調(diào)整”。通過加熱到一定溫度并保溫，讓過飽和的碳原子從馬氏體里析出，形成彌散的碳化物，減少晶格畸變，釋放內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)把硬度調(diào)整到使用所需的區(qū)間，并賦予材料一定的韌性。也就是說，回火并不是把工件“弄軟”，而是讓它硬而不斷，經(jīng)得起實(shí)際工況的考驗(yàn)。
淬火后直接進(jìn)行回火，處理的是原始淬火馬氏體和部分殘余奧氏體受熱激發(fā)的產(chǎn)物。深冷處理后，情況發(fā)生了變化：殘余奧氏體少了，新馬氏體增加了，整體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)更復(fù)雜。此刻如果不回火，這些新馬氏體就相當(dāng)于“淬完火就沒接受回火”的組織，又脆又緊。所以深冷處理不但不能替代回火，反而因?yàn)樾律R氏體的加入，讓回火變得更加緊迫且必要。
深冷后必須立即回火的原因
不少失效案例都指向同一個(gè)疏忽：深冷取出后，看到硬度數(shù)值不錯(cuò)，就想著省一次回火，直接上磨床加工或者裝機(jī)測(cè)試。剛開始似乎沒出問題，但放了一兩天，或者微小的沖擊下，工件就出現(xiàn)了肉眼可見的裂紋，有的甚至在庫房里放著放著自己開裂了。
為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？深冷結(jié)束后工件回到室溫，新馬氏體還沒來得及得到任何應(yīng)力釋放，就暴露在室溫環(huán)境和加工應(yīng)力之下。對(duì)于形狀相對(duì)簡單的厚壁零件，興許還能扛一陣；但薄壁、銳角、截面突變的模具或刀具，組織應(yīng)力和熱應(yīng)力的疊加效應(yīng)很快會(huì)超出材料本身的承受極限。業(yè)內(nèi)比較一致的經(jīng)驗(yàn)是：深冷保溫結(jié)束，待工件緩慢回溫至室溫后，擦干表面冷凝水，在1到2個(gè)小時(shí)內(nèi)就要裝爐回火，耽擱時(shí)間越長，出現(xiàn)時(shí)效裂紋的概率越高。有些要求嚴(yán)格的工藝文件甚至規(guī)定，工件回溫到室溫后手觸不冰時(shí)就要馬上轉(zhuǎn)移進(jìn)回火爐，不隔夜存放。
先回火還是先深冷？最終回火不可省
還有另一種工藝路線：淬火后先做一次低溫回火，然后再深冷，深冷完再做一次或多次回火。這常見于一些形狀特別復(fù)雜、淬裂風(fēng)險(xiǎn)較高的工件，在深冷前先用低溫回火釋放一部分淬火應(yīng)力，避免深冷降溫過程中因?yàn)閼?yīng)力過大形成裂紋。這種做法可行，但它絲毫沒有減弱深冷后的回火責(zé)任。無論前面是否已經(jīng)做過回火，只要經(jīng)歷過深冷，就得重新對(duì)待那些剛剛轉(zhuǎn)變的馬氏體，進(jìn)行充分的回火。
也有些操作規(guī)范要求：淬火后冷至室溫就直接深冷，不先回火，目的是給殘余奧氏體轉(zhuǎn)變提供無縫銜接，不讓中間的回火加熱導(dǎo)致殘余奧氏體發(fā)生陳化穩(wěn)定，從而影響深冷轉(zhuǎn)變效果。無論采用哪種工藝順序，最終都要落在“深冷后必須回火”這一條上，這是不可跳過的底線。
深冷后的回火溫度與次數(shù)怎么定
深冷后的回火參數(shù)，和常規(guī)回火的基本邏輯一致，但會(huì)根據(jù)材料和使用需求做一些調(diào)整。以常見的冷作模具鋼如Cr12MoV、Cr12為例，如果追求高硬度和高耐磨性，通常選擇低溫回火，溫度范圍在150℃到200℃之間，保溫時(shí)間按工件有效厚度計(jì)算，一般在2到4小時(shí)，出爐空冷。對(duì)于高速鋼一類有二次硬化效應(yīng)的材料，回火溫度會(huì)提高到540℃到560℃左右，使合金碳化物彌散析出，獲得硬度回升和紅硬性。這個(gè)高溫回火過程，同時(shí)也會(huì)讓深冷產(chǎn)生的新馬氏體得到充分回火。
另外，高合金鋼往往不是回一次火就結(jié)束的。深冷處理加上多次回火，是比較穩(wěn)妥的組合。第一次回火除了消除應(yīng)力，還可能促使少量未轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體在回火冷卻過程中進(jìn)一步向馬氏體轉(zhuǎn)變，所以需要第二、第三次回火來消除新產(chǎn)生的應(yīng)力，最終讓組織穩(wěn)定下來。多次回火的操作，在量具、精密偶件和重載模具的生產(chǎn)中幾乎是標(biāo)準(zhǔn)配置。
不回火會(huì)帶來哪些實(shí)際問題
如果深冷后省略回火，短期內(nèi)可能觀察到的是尺寸逐步漂移，今天量的尺寸和明天不一樣，圓度、平行度慢慢偏離公差帶。長期來看，微裂紋的擴(kuò)展會(huì)造成零件早期疲勞斷裂，刃口崩缺，模具表面剝落。尤其對(duì)于經(jīng)過線切割、電火花加工的模具型腔，深冷后不回火就進(jìn)行電加工，微裂紋會(huì)在放電區(qū)域迅速擴(kuò)展，往往是修都修不回來，直接整塊模板報(bào)廢。
還有一個(gè)容易被忽略的點(diǎn)：深冷處理后表面如果吸附了潮氣，在沒有回火保護(hù)的情況下直接進(jìn)入磨削或線切割環(huán)境，可能誘發(fā)應(yīng)力腐蝕或磨削裂紋，讓原本能用的工件在現(xiàn)場就裂掉。及時(shí)回火相當(dāng)于給工件吃一顆“定心丸”，讓它在后續(xù)加工和使用中保持狀態(tài)穩(wěn)定。
兩個(gè)工序相配合，才算走完全程
把淬火、深冷、回火看成一根鏈條，深冷加回火不是功課的重復(fù)，而是鏈條上不可或缺的環(huán)節(jié)。淬火給材料立起高硬度骨架，深冷把那些不穩(wěn)定的殘余奧氏體盡量轉(zhuǎn)變成馬氏體、減少隱患，回火則負(fù)責(zé)把淬火和深冷帶來的應(yīng)力理順，讓硬度、韌性和尺寸穩(wěn)定性調(diào)到彼此協(xié)調(diào)的程度。只有這三步都嚴(yán)肅執(zhí)行，深冷處理所承諾的那些耐磨性提升、尺寸穩(wěn)定效果，才不至于停留在紙面上，而是真實(shí)地體現(xiàn)在零件壽命和精度保持性上。
車間里常有師傅說：“深冷不回火，等于白忙活?！痹掚m然直白，卻準(zhǔn)確點(diǎn)出了這道工序鏈里的關(guān)鍵。下次當(dāng)您從深冷箱里取出工件時(shí)，記得別在回火前面打省略號(hào)，那省掉的很可能是一批模具最基礎(chǔ)的可靠性。
