軸類鍛件調(diào)質(zhì)處理的伸長變形
作者:admin2021-03-22 16:30:27
鋼鍛件經(jīng)過粹火加熱和冷卻后，要發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，同時(shí)產(chǎn)生熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，會使淬火工件的形狀和尺寸發(fā)生變化，形成彎曲、翹曲、伸長、縮短、孔漲、孔縮等畸變。工件熱處理畸變主要是由于金屬在加熱和冷卻過程中的熱脹冷縮，以及金屬相變產(chǎn)生的組織與相變前原始組織比體積不同所致。
結(jié)構(gòu)鋼鍛件經(jīng)粗加工調(diào)質(zhì)處理后，也會產(chǎn)生彎曲變形，特別是細(xì)長軸類鍛件（長徑比>80)的彎曲變形，在生產(chǎn)中時(shí)常發(fā)生，生產(chǎn)廠家也比較重視。然而，對于大型軸類鍛件調(diào)質(zhì)處理后的伸長變形，則往往被人們所忽視。因?yàn)檫@類鍛件經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，要在軸端套取試料進(jìn)行理化檢驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目合格后，即把軸端多余的試料切除掉，再轉(zhuǎn)人加工工序，所以忽略了軸的長度變化。但是，對于兩端有連接法蘭的船用中間軸來說，長度尺寸的變化非常重要，稍有不慎就有可能出現(xiàn)廢品，造成不應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)損失。例如,35CrMo 鋼船用中間軸(外徑420 mm、內(nèi)孔150 mm、兩法蘭開檔長度6 000 mm-8 000 mm)兩法蘭間開檔長度經(jīng)過次調(diào)質(zhì)處理后***大伸長變形量可達(dá)33 mm，使鍛件沒有精加工余量而報(bào)廢。因此，生產(chǎn)中積累軸類鍛件調(diào)質(zhì)處理后的伸長變形數(shù)據(jù)，掌握伸長變形規(guī)律,對繪制粗加工圖,修訂大型鍛件粗加工余量標(biāo)準(zhǔn)，減少廢品損失是有意義的。
35CrMo 鋼大型船用中間軸鍛件的生產(chǎn)工序是：煉鋼→ 鋼錠紅送 一加熱一 鍛造一等溫退火一 粗加工→調(diào)質(zhì)處理→精加工等工序。調(diào)質(zhì)處理采用并式熱處理爐,工件垂直懸掛煤氣加熱,粹火溫度 860℃，保溫后出爐水淬油冷,均在井式水槽和井式油槽中進(jìn)行,定性回火溫度560℃，保溫后爐冷到300℃出爐空冷。
力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表明：中間軸的綜合力學(xué)性能良好,全部達(dá)到了技術(shù)條件要求的指標(biāo)。但是,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理合格的中間軸鍛件,轉(zhuǎn)序進(jìn)行精加工時(shí),發(fā)現(xiàn)兩法蘭間內(nèi)檔尺寸已經(jīng)沒有精加工余量，無法再進(jìn)行精加工。
測量工具為20 m 鋼卷尺。經(jīng)粗加工的軸類鍛件，在調(diào)質(zhì)處理裝爐前，測量軸的直徑和長度。直徑尺寸在軸的兩端測量，互成90°，取二次的平均值。長度尺寸在軸的互成90°兩條母線上測量，取測量值的平均值。調(diào)質(zhì)處理后，用相同方法再測量一次。把兩次測量結(jié)果計(jì)入統(tǒng)計(jì)表中，并進(jìn)行對比，得出該軸經(jīng)調(diào)質(zhì)后的伸長變形量。為了減少人為的測量誤差，調(diào)質(zhì)處理前后由同一個(gè)人用同一把鋼卷尺來進(jìn)行測量。測量誤差自定為±2 mm,如果調(diào)質(zhì)處理前、后長度在 2 mm 范圍波動，則視為軸的長度尺寸沒有發(fā)生變化。
測量軸類鍛件在不同熱處理狀態(tài)下的長度變化。我們對軸類鍛件在正火+高溫回火狀態(tài)和調(diào)質(zhì)狀態(tài)下的長度尺寸進(jìn)行測量,以期驗(yàn)證鍛件在以得到驗(yàn)證；對不同鋼種、不同規(guī)格的軸類鍛件,在調(diào)質(zhì)處理前和調(diào)質(zhì)處理后進(jìn)行長度測量,探索不同鋼種對調(diào)質(zhì)處理后伸長變形的影響；對鋼種相同、規(guī)格相同的軸類鍛件,測量其粹火冷卻條件對軸伸長變化的影響,還要測量調(diào)質(zhì)處理次數(shù)(兩次調(diào)質(zhì)處理之間不經(jīng)中問熱處理)對軸伸長變形的影響。
35CrMo 鋼船用中間軸鍛件調(diào)質(zhì)處理后伸長變形的測量。船用中間軸鍛件鍛后經(jīng)過等溫退火處理。粗加工后外徑為420 mm～440 mm,內(nèi)孔直徑為150 mm,長度為6 000 mm ～8 060 mm。經(jīng)過一次調(diào)質(zhì)處理(淬火溫度850~860℃，水淬油冷，回火溫度540-570℃，空冷)后，軸的伸長變形量為14 mm-33mm。
不同材質(zhì)的軸類鍛件，鍛后經(jīng)過等溫退火處理，粗加工后，再經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，軸的伸長變形量測量結(jié)果可知，34CrMo1A、35CrMo、34CrNi3Mo、38CrMoAIA鋼軸類鍛件，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后，都將產(chǎn)生伸長變形，其伸長變形量受鋼的化學(xué)成分、鍛件的粗加工尺寸、鍛后熱處理狀態(tài)、調(diào)質(zhì)粹火時(shí)的冷卻條件(即組織轉(zhuǎn)變量)的影響。
調(diào)質(zhì)次數(shù)對軸類鍛件伸長變形的影響測量。軸類鍛件如果進(jìn)行重復(fù)調(diào)質(zhì)處理，而兩次調(diào)質(zhì)處理之間又未經(jīng)中間退火，則隨調(diào)質(zhì)次數(shù)增加,其軸的伸長變形量也增加。
35CrMo、34CrMo1A 鋼軸類鍛件，鍛后經(jīng)過等溫退火、粗加工后，再進(jìn)行正火+高溫回火處理，軸的長度尺寸測量結(jié)果在2mm范圍內(nèi)波動。由此可以認(rèn)為，經(jīng)正火+高溫回火處理后，軸的長度尺寸沒有發(fā)生宏觀變化。由此可以推論，軸類鍛件在井式熱處理爐中垂直懸掛加熱，不會在淬火溫度下因自重蠕變而被拉長。
生產(chǎn)中實(shí)際測量結(jié)果證明，調(diào)質(zhì)時(shí)在水中粹火的伸長變形量大于在油中粹火時(shí)的伸長變形量。
中碳結(jié)構(gòu)鋼大型軸類鍛件經(jīng)過等溫退火后，鋼的顯微組織為珠光體+鐵素體，粗加工不會改變鋼的顯微組織。經(jīng)過調(diào)質(zhì)淳火后，由于熱處理尺寸效應(yīng)，在鍛件的橫截面上，由表面向心部的組織轉(zhuǎn)變產(chǎn)物順序?yàn)轳R氏體→馬氏體+貝氏體一貝氏體+珠光體→珠光體+鐵素體組織。此時(shí)，鋼的比體積大于鋼在退火狀態(tài)的比體積。在軸的尺寸測量時(shí),由于測量精度所限,在軸徑方向測量不出尺寸的變化,而在軸的長度方向卻測量出尺寸的變化,這就是軸類鍛件調(diào)質(zhì)處理后仲長變形的真正原因。鍛件中組成物的比例與摔火冷卻效果和鋼的淬透性能密切相關(guān)，組成物的比體積所占比例也會出現(xiàn)差異,因此,軸類鍛件的伸長變形量是不相同的。
鋼在淬火時(shí)馬氏體的體積變化與鋼中的含碳量有關(guān)。隨鋼中含碳量的增加，淬火馬氏體的體積變化量也隨之增加。
對大型鍛件而言,在調(diào)質(zhì)淬火時(shí),冷卻速度越大軸的伸長變形量越大。相同規(guī)格、相同材質(zhì)的鍛件,在水中淬火調(diào)質(zhì)比在油中淬火調(diào)質(zhì)的伸長變形量要大。因?yàn)殇撛谒写慊鸨仍谟椭写慊鸬慕M織轉(zhuǎn)變更充分，淬火火組織的轉(zhuǎn)變量也更多，所以軸的伸長變形量就更大。
鍛件在熱處理過程中,由組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力、高溫自重蠕變所引起的伸長變形量是很小的。
軸類結(jié)構(gòu)鋼鍛件在調(diào)質(zhì)過程中會發(fā)生伸長變形。伸長變形量與鍛件調(diào)質(zhì)前的組織狀態(tài)形狀尺寸、鍛件材質(zhì)、調(diào)質(zhì)次數(shù)密切相關(guān)。鍛件調(diào)質(zhì)前為退火組織(珠光體+鐵素體)時(shí),調(diào)質(zhì)后伸長變形量***大。調(diào)質(zhì)次數(shù)增加而兩次調(diào)質(zhì)之間又不經(jīng)中間退火或正火處理時(shí)，則鍛件的伸長變形量也隨調(diào)質(zhì)次數(shù)的增加而增大。
對于大型鍛件在調(diào)質(zhì)前應(yīng)充分預(yù)測到尺寸的變化，并預(yù)留足夠的加工余量，這是防止因調(diào)質(zhì)處理伸長變形而造成報(bào)廢的有效措施。兩端都有連接法蘭的軸類鍛件(如船用中間軸),在已知伸長變形量的基礎(chǔ)上，可在繪制粗加工圖時(shí)，將粗加工余量放在軸的兩個(gè)法蘭的內(nèi)側(cè)面上，而兩法蘭外側(cè)面的加工余量則利用調(diào)質(zhì)處理后軸的伸長變形來補(bǔ)償。這樣，就不會發(fā)生因鍛件調(diào)質(zhì)后伸長變形在法蘭內(nèi)側(cè)沒有加工余量而報(bào)廢的情況結(jié)合大型鍛件實(shí)際生產(chǎn)情況，對軸類鍛件伸長變形和環(huán)形鍛件內(nèi)孔脹大(實(shí)際上也是一種沿鍛件纖維方向的伸長變形)進(jìn)行一些實(shí)際的測試工作，積累一定的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，掌握鍛件在不同熱處理狀態(tài)的尺寸變化規(guī)律，對修訂大型鍛件粗加工余量標(biāo)準(zhǔn)，繪制鍛件粗加工圖具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。
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