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    減排降耗重要措施之一鍛后余熱淬火中的質量控制


    前言:在世界各國大力提倡,減排、降耗的方針下:國內不少學者、企業從各方面采取措施,而鍛后余熱淬火是其中的重要措施之一。

    鍛后余熱淬火是形變熱處理中屬高溫形變熱處理。資料[1、2、3]有具體的講述。至今為此,鍛后余熱淬火國內不少廠家均已應用,也有少數廠家由于質量控制措施欠妥而上馬→下馬→再上馬或上馬→下馬→繼續下馬。

    與常規熱處理相比,由于高溫加熱鑄造形變,使鋼件的馬氏體小角晶界的增多,位錯密度增加,原始氫部分逸出,原始裂紋愈合和減少,以及碳化物的彌散析出等使鋼件淬火硬度明顯進步(一般進步 10%左右)在回火時,鋼件具有很高的回火抗力(回火溫度較常規進步,一般進步20℃-30℃)。

    在參加各兄弟廠鍛熱淬火時,不少廠技術職員詢問質量控制題目,今撰寫此文,示以交流,避免走彎路……。

    1、當我們因各種原因往熱處理廠時,很多工程技術職員提出原材料等各方面均好,一個另件看后怎樣預策其淬火斷裂現象呢?這就是總結的三大效應(此三大效應同樣對表面處理過程中的氫脆和應力腐蝕斷裂現象有參考價值)。

    1.1化學成分效應:例如:碳鋼:同樣尺寸ф6、同樣淬鹽水:35鋼、40鋼、45鋼、50鋼、55鋼、60鋼、65鋼,結果45鋼~60鋼很輕易斷裂。因馬氏體含碳量越高應力越大,最高含碳量約0.6%左右。而鋼種含碳量很高時0.6%以上,有殘A產生,緩減了馬氏體應力的擇放不易斷裂。一般講:合金鋼最易淬裂。例如:42CrM。在尺寸很大ф100時淬水不裂。這就是下述講的尺寸效應。

    1.2尺寸效應:例如:45鋼:ф1、ф2、ф3……ф10淬火結果發現ф6最易淬裂。由于ф6以下一般能全部淬成馬氏體。而ф6總體轉變成馬氏體應力最大,所以最易斷裂。

    同理:合金鋼總體應力最大的尺寸是淬透性指標(淬透性為半馬氏體區)略為2/3左右。因此,某合金鋼先查淬透性指標,然后看工件。就知最危險的尺寸大約是多少?

    1.3外形效應:截面突變,R角太小,相鄰尖角凸出、邊沿有深溝槽,沖制標記尖棱,盲孔、底部開孔、門路式開孔、孔距不當、孔徑大小不等、截面積不對稱等。

    2、預冷溫度的選擇

    大家都知道鍛后未預冷直接淬火馬氏體組織晶粒較小。能達到目前國內通用的金相標準要求,而且性能也不錯,但對大型、復雜的零件,淬油,不能滿足要求的情況下,采取水或水溶液淬火介質淬火、輕易引起開裂。就是淬油,為防污染,節約本錢,也應盡可能改為水基淬火介質。

    重慶某公司生產的斯太爾重型汽車總成中的42CrM。鋼;前軸梁、平衡軸鍛件,就是在該公司某技術職員片面地將預冷≈800℃,改為≥850℃直接淬火,引起了大型淬火裂紋約占80%。當然斷裂的原因經分析,原材料含B達到重慶建設團體檢測報告0.0022%,兵器部西南地區理化檢測中心長安團體報告0.0042%。注:(1).國軍標GJB2720-1996,硼鋼含硼標準為0.0005~0.0035%;(2).含金結構鋼技術條件GB3077-88中硼鋼含硼標準為0.0005~0.0035%。帶狀偏析到Ⅰ級……也是原因之一。

    原材料帶狀偏析嚴重達Ⅰ級的題目為產生裂紋的重要因素(偏析較重則引起化學成分和熱處理淬火應力分布不均勻,易引起淬火裂紋的產生)

    利用X射線能譜分析:

    將制成的金相試樣組織中晶界和基體用Vantage型X-射線能譜分析儀進行定性半定量成分分析,其分析結果見圖
    但是另一爐鋼含硼也高,偏析也較大采取降低預冷溫度調整PAG的濃度,也就沒有產生裂紋了。

    預冷溫度的選擇:首先,根據前面講的三大效應,判定最易斷裂的部位。應適當調整工藝參數。例如:

    (1)“上述前軸梁”42CrM。我們預冷≈800℃淬PAG,HRC控制在48~52為易。

    (2)、重慶某大型摩托車曲軸廠:采用鍛后排隊預冷的辦法達到預冷≈770℃淬PAG,采用網帶提升機構使不冷透就離開液面并稍帶自回火,目前落料后的45鋼和40Cr預冷溫度相似,PAG濃度不同。

    (3)、重慶某曲軸廠:采用鍛后進進恒溫爐的裝置,使其保持預冷在≈770℃淬進水基溶液……

    3、淬火介質的選擇:依據於世界各國最新的研究,所謂硬殼效應。要求:珠光體轉度的第一冷卻速度要快,形成具有壓應力的硬殼效應。而馬氏體轉度要緩慢,這樣不易產生裂紋,并采用程控噴冷控速等一系列的研究成果,值得推廣應用。

    我們研制的PAG-ⅢA、PAG-ⅢB型淬火液是依據目前市場上急需一種珠光體轉變速度類似鹽水和堿水,而馬氏體轉變速度類似于油,真正代替水淬、油冷的新型淬火液,而且防銹能力保持5天以上。要使珠光體轉變類似鹽和堿水,必須使淬火工作進液時形成的氣泡膜很快破裂,從而使冷卻速度加快。例如在3%濃度下,第一冷卻速度均不如鹽水和堿水,也就是必須要添加某一種或多種混合添加劑來達到上述要求。實際上PAG-ⅢA該濃度達到第一速度比水、聚乙稀醇快而第二速度又比其它廠家在同一濃度下的PAG要慢……。在網帶爐滲碳淬火上:PAG-ⅢA的研發和應用多……目前,全國共有20多條網帶爐在應用;特別是網帶爐滲碳解決了軟點、硬度不足、變形大……。防銹能力5天以上,PAG的消耗下降20%。
     
    重慶地區就有6家應用PAG-ⅢA,因有些廠家采用該型號,使某些特殊的產品解決了其它介質很難解決的題目、產量日增,為保密起見恕不逐一先容。在高頻;中頻淬汽車半軸上均廣范應用。

    4、淬火液濃度、溫度和攪拌

    我們所服務的單位:淬火液的PAG濃度,根據鋼種,另件尺寸,外形尺寸依據理論加經驗來調整其濃度……。

    液溫控制在30-50℃,采用廠房外大型循環池,循環換熱。攪拌和循環是合一的整體。

    5、淬火后的硬度控制

    淬火后的硬度是一個防止開裂的非常重要的指標:特別是采用水基淬火液時,硬度越高,易產生裂紋,易增大變形。以42CrMo。前軸梁為例控制在HRC48~52為宜。

    6、淬火后應即時回火

    淬火回火的間隔時間:≤30分鐘(重慶建設團體的軍民品要求水基液淬火至回水間隔時間超過30分鐘則報廢)小件生產可用連續回火生產線。

    7、鍛熱淬火后的金相組織及性能

    鍛熱淬火,若要預冷,一般晶粒較大,資料[1、2、3]由于當年同學們畢業論文的試驗,一般采用的小型試樣未預冷直接淬火,給出了很重要的理論依據。

    隨著人們的創新發展:現行生產工藝,目前均采用預冷淬火,晶粒一般在2-3級,但性能均有上乘的反映,就上述前軸梁為例:開始未鍛熱淬火,晶粒小,標準疲憊循環資料為90萬次后答應斷裂而采用鍛后預冷淬火疲憊循環達130萬次還未發生斷裂。

    為什么鍛熱預冷淬火晶粒粗大而試驗性能好呢?主要是小角晶界增多、位錯密度增加,而在一般的金相顯微鏡下是看不到的。因此不少鍛熱淬火單位,不得不與上家檢驗單位“攻關疏通”為此,目前搞金相標準的工程技術職員,應火速制定鍛熱淬火金相標準,是很緊急的事情……。

    8、結論

    8.1 鍛后余熱淬火應用預冷方式 預冷溫度的選擇依據需要的組織及使用性能,只需達到要求就越低越好。

    8.2 鍛后余熱淬火的淬火介質選擇盡可能采用第一冷卻速度快(珠光體轉變速度)形成硬殼效應。第二冷卻速度慢(馬氏體轉變速度慢)的淬火液。

    8.3 原材料等各方面都好的情況下,預策是否是產生裂紋應了解三大效應。

    8.4 原材料的化學成份和偏析、特別易產生裂紋,建議更換爐號時,必須小批試生產并100%磁化檢驗。以利找措施杜盡大批報廢的現象發生。
     

     


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