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第1篇

通過降低熱處理的工藝溫度能有效減少由此產(chǎn)生的變形。降低工藝溫度，能相對減少工件的高溫強度，并增強其塑性抗力以及抗應(yīng)力變形、抗淬火變形、抗高溫蠕變的能力。降低工藝溫度，還能夠減少工件加熱、冷卻的溫度區(qū)間。溫度區(qū)間減少后，由熱處理引起的各部位溫度的一致性也會增強，而溫度的不一致性正是引起工件組織應(yīng)力和熱應(yīng)力的根本原因，隨著溫度不一致性減少，由此而導(dǎo)致的變形也會相應(yīng)減少。此外，在降低工藝溫度并縮短工藝時間的情況下，將縮短工件的高溫蠕變時間，從而減少變形?？茖W合理的熱處理工藝是減小熱處理變形的關(guān)鍵因素。由圖1可以看出，在650％球化退火后的硬度梯度和740％球化+680％等溫處理的硬度梯度結(jié)果相近，未經(jīng)球化退火的齒輪的硬度較前兩個低。這是因為球化退火可使淬火后滲層表面殘留奧氏體量減少，從而提高了齒表面硬度，因此20CrNi2MoA鋼齒圈滲碳后應(yīng)采用球化退火工藝，同時為減小熱處理變形，在650℃球化退火效果更好。

2變形的其他影響因素及減小措施

2.1預(yù)備熱處理在熱處理過程中，有可能引起內(nèi)孔的變形增大，如存在混晶、大量索氏體或魏氏組織以及過高的正火溫度。因此需要對正火溫度進行控制，也可以采用等溫退火的方式來對鍛件進行處理。金屬最終的變形量與很多因素有關(guān)，如淬火前進行的調(diào)質(zhì)處理以及退火和正火。金屬產(chǎn)生變形進而導(dǎo)致金屬組織結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。研究和實踐表明，為使金屬組織結(jié)構(gòu)均勻，在進行正火處理時采用等溫淬火是一種有效的減小其變形量的措施。

2.2運用合理的冷卻方法金屬淬火后冷卻過程的控制也是必須考慮的一個因素。淬火后采用油進行冷卻，因此其變形直接受到油的冷卻能力的影響。通常來說，熱油淬火產(chǎn)生的變形小于冷油淬火，一般控制在100+20％。同時，變形還受到淬火的攪拌方式和速度的影響。在進行金屬熱處理時，金屬產(chǎn)生的應(yīng)力及模具的變形與冷卻的速度和冷卻的均勻程度有關(guān)。過快的冷卻速度和不均勻冷卻都會導(dǎo)致應(yīng)力及模具變形的增大。因此，應(yīng)盡量采用預(yù)冷，不過需要注意的是應(yīng)保證模具的硬度要求。為減少熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，可以選用分級冷卻淬火，這種方式對形狀復(fù)雜的工件十分有效，能顯著減少其變形。采用等溫淬火的方式，則適用于十分復(fù)雜并且有較高精度要求的工件，能使金屬變形顯著減少。

2.3零件結(jié)構(gòu)要合理改善零件的結(jié)構(gòu)是減少熱處理變形的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。經(jīng)過熱處理后的工件，其厚度不同的部分冷卻的速度也是不同的。因此，在滿足工件使用性能的前提下，應(yīng)使工件的厚度差別不能過大，盡量使零件的截面均勻，減少由應(yīng)力集中導(dǎo)致的過渡區(qū)的畸變和開裂現(xiàn)象。保持結(jié)構(gòu)與材料成分和組織的對稱性，避免尖銳棱角、溝槽等。此外，采用預(yù)留加工量的方式也是減少厚度不均勻零件變形的有效方式之一。

2.4采用合理的裝夾方式及夾具通過采用合理的裝夾方式和夾具，能夠使工件獲得均勻的加熱和冷卻，從而減少熱應(yīng)力以及組織應(yīng)力的不均，有效減小熱處理導(dǎo)致的工件變形。

2.5機械加工工件的加工通常需要經(jīng)過很多道工序，如果熱處理加工是最后的工序，則應(yīng)控制其畸變的允許值，使之滿足圖樣規(guī)定的工件尺寸。依據(jù)上道工序的加工尺寸來對畸變量加以確定，因此掌握畸變規(guī)律尤為重要，為使熱處理導(dǎo)致的畸變處于合格的范圍，在進行熱處理前應(yīng)對尺寸進行預(yù)修正。如果熱處理是中間的工序，機加工余量和熱處理畸變量之和即為熱處理前的加工余量。導(dǎo)致熱處理變形的因素多而復(fù)雜，因此相較于機械加工余量來說，熱處理的加工余量不易確定，在實際加工中應(yīng)留出足夠的加工余量用于機械加工。

2.6采用合適的介質(zhì)在熱處理的過程中，介質(zhì)的選擇也十分重要，應(yīng)選擇有利于減小變形量的介質(zhì)。研究和實驗表明，硬度要求相同的情況下，采用油性介質(zhì)是更好的選擇。不同介質(zhì)具有不同的冷卻速度，在其他條件相同的情況下，同油性介質(zhì)相比較，水性介質(zhì)的冷卻速度較快。此外，水溫的變化也會對介質(zhì)的冷卻性能造成影響，其變化對油性介質(zhì)冷卻特性產(chǎn)生的影響較小。熱處理條件相同的情況下，水性介質(zhì)淬火后會產(chǎn)生相對較大的變形量。

3結(jié)束語

第2篇

要提高連鑄輥輥體材料的性能應(yīng)從以下幾方面入手:1)通過調(diào)整輥體材料的成分、增加合金成分的含量，提高淬透性;2)控制鍛坯冶煉和鍛造質(zhì)量，提高材料的均勻性和純凈度，改善夾雜物形態(tài)，降低有害元素含量;3)采用能細化組織及晶粒的熱處理工藝，提高材料的斷裂韌性，降低裂紋擴展速度。

1．1輥體材料成分設(shè)計小爐冶煉的材料成分如表3所示，為保證一定的強度，規(guī)定了最低含碳量，為增加輥體材料的淬透性，Mn含量選取上限，三爐Ni、Cr含量進行了相應(yīng)調(diào)整。其中01#與目前寶鋼使用的R73連鑄輥成分基本一致。

1．2熔煉方法三爐原料均采用IF鋼以降低P、S含量，在50kg感應(yīng)爐中冶煉，鑄成電極棒，然后采用30kg電渣爐進行重熔，最終得到120mm電渣錠。

1．3鍛造將120mm電渣錠鍛成30mm×400mm拉伸試樣毛坯、32mm×32mm×180mm沖擊試樣毛坯和40mm×26mm×450mm的J積分試樣毛坯。鍛造毛坯經(jīng)950℃正火+650℃高溫回火后，機加工至一定尺寸再進行調(diào)質(zhì)熱處理。

1．4調(diào)質(zhì)熱處理在鹽浴爐中進行調(diào)質(zhì)加熱，在井式電爐中進行回火處理，爐溫均經(jīng)過校正。調(diào)質(zhì)工藝采用二種方案:1)900℃水冷+690℃回火空冷2)900℃空冷+690℃回火空冷最終硬度均要求在連鑄輥輥體材料所規(guī)定的硬度范圍內(nèi)，即32－37HSD，采用900℃空冷的目的是:比較在不同熱處理方式下三種成分的連鑄輥輥體內(nèi)部性能和金相組織的差別。

1．5金相組織及性能測試分析經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理的試樣測試硬度值后，分別按GB/T228－2010、GB/T229－2007和GB/T21143－2007標準，進行拉伸、室溫沖擊、J積分試驗。三種成分的試驗鋼種經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，采用OLYMPUS－BX51金相顯微鏡進行微觀組織分析，沖擊斷口形貌采用NOVANANOSEM430型掃描電子顯微鏡觀察分析。

2試驗結(jié)果分析

小爐冶煉的三爐試驗材料實際成分如表4所示，機械性能測試結(jié)果如表5所示，03#金相組織及斷口電鏡圖片如圖1、圖2所示。

3結(jié)果討論分析

圖1是03#試樣調(diào)質(zhì)后的金相照片，從圖中可以看出組織由已經(jīng)再結(jié)晶的鐵素體和均勻分布的細粒狀滲碳體組成，并且滲碳體充分析出，均勻彌散分布，基體呈細小的等軸狀。因此03#經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，具有較高的強度和硬度，同時具有更好的塑性和韌性，綜合力學性能優(yōu)異。圖2是03#沖擊試樣的斷口形貌，從圖中可以看出斷口形貌呈韌窩狀，基本由圓形或者橢圓形的凹坑－韌窩組成，由此可以推斷在沖擊斷裂過程中發(fā)生了明顯的塑性變形，進一步說明了03#的塑性和韌性較好。由表5結(jié)果可知，在第一種熱處理條件下，03#成分試樣的強度雖然比R73、01#和02#略低，但強度值仍大于700MPa，滿足了使用要求;而韌性指標大幅度提高，其中延性斷裂韌度03#比01#提高了48%，沖擊吸收功03#比R73提高了78%，塑性也得到了很大的提高，其中收縮率03#比R73提高了14%，因此03#在水淬和高溫回火的情況下，綜合力學性能良好。分析其主要原因在于03#中Ni和Cr的含量較高，部分溶于基體的Ni和Cr的產(chǎn)生了固溶強化，另外部分未溶的Ni和Cr以強化相的形式析出，這樣實現(xiàn)了既保證強度達標又不降低韌性的目的［8］。斷裂韌度對連鑄輥來說是極重要的指標，連鑄輥在惡劣的工況條件下，堆焊層經(jīng)冷熱疲勞最終要產(chǎn)生裂紋，產(chǎn)生的裂紋將向連鑄輥內(nèi)部擴展，高的斷裂韌度，裂紋就不容易向輥體內(nèi)部擴展，因此提高連鑄輥的關(guān)鍵在于獲得高的斷裂韌性［7］，由此可見03#成分對于防止疲勞裂紋的擴展具有重要的意義。另外在900℃空冷狀態(tài)下，經(jīng)高溫回火后，其沖擊功03#成分也比01#、02#高，可預(yù)期連鑄輥內(nèi)部在冷卻速度比表面緩慢的情況下，采用03#成分的連鑄輥塑韌性也要比01#、02#連鑄輥好。從材料經(jīng)過兩種不同的熱處理工藝后得到的力學性能上看，水冷和空冷所得的硬度基本一致，但是從強度上看水冷的要稍微低于空冷的，而在塑韌性上，水冷要高于空冷，尤其是沖擊吸收功上，水冷后回火的值要比空冷后回火的高24%以上。而提高連鑄輥使用壽命的關(guān)鍵就在于提高韌性，因此采用水冷后高溫回火工藝更加合適，使用壽命也會有所提高。另外，可以從理論上判斷鍛件淬火能否直接采用水冷。根據(jù)熱處理手冊，首先應(yīng)當考慮鍛件化學成分和基礎(chǔ)性能的影響，一般可以采用碳當量的計算公式計算，如公式1所示。按此式計算03#成分:［C］=0．56%≤0．75%，由此可見03#鋼雖然提高了Ni、Cr含量，但是整體的碳當量還是處于較低的水平，所以水淬是安全的，不會引起巨大的內(nèi)應(yīng)力而淬裂的產(chǎn)生。從生產(chǎn)效率上看，直接水淬需要的時間更短，效率也更高，因此03#最佳的熱處理工藝是900oC水冷+690oC回火空冷。

4結(jié)論

第3篇

用50kg中頻感應(yīng)電爐熔煉，金屬爐料的加料順序為:廢鋼、生鐵，鎳板、鉬鐵、鉻鐵、硅鐵、錳鐵，最后加鋁進行終脫氧。合金熔煉溫度為1500—1550℃，澆注溫度1450—1500℃，稀土變質(zhì)劑在爐外包中加入。鋼液出爐后快速澆注成Y型試樣。試驗鋼的化學成分見表1。性能試樣均在Y型試塊上截取，沖擊試樣采用10mm×10mm×55mm的無缺口標準試樣，在JB-5型擺錘式?jīng)_擊試驗機上進行室溫沖擊韌性試驗，每組試驗數(shù)據(jù)均取其3根試樣的平均值。硬度測試在HR-150A洛氏硬度計上進行，每塊試樣測3—5個點，取其平均值。采用光學顯微鏡和JSM-5610LV掃描電鏡來觀察試樣的斷口形貌和金相組織。

2實驗結(jié)果及分析

2.1試樣的鑄態(tài)組織圖1為18Cr23MoVRE鑄鋼試樣組織的掃描圖片。由圖1可知，18Cr23MoVRE鑄鋼試樣的鑄態(tài)組織由珠光體和少量片狀馬氏體+碳化物組成，晶粒粗大，碳化物呈塊狀、團球狀和連續(xù)網(wǎng)狀沿晶界分布。這主要是因為結(jié)晶過程中，先結(jié)晶的晶粒內(nèi)合金元素含量較低，富裕的合金元素被推至結(jié)晶前沿，導(dǎo)致這些合金元素在結(jié)晶前沿富集，當這些合金元素達到一定的濃度時，在晶粒間形成碳化物，并沿晶界連續(xù)分布，如圖1(a)所示。當18Cr23MoVRE鑄鋼經(jīng)950℃淬火+300℃回火處理后，其組織為回火馬氏體+碳化物，見圖1(b)，碳化物以短桿狀、塊狀和狀沿晶界斷續(xù)分布，馬氏體基體得到細化，網(wǎng)狀碳化物分布得到明顯改善。隨淬火溫度的提高，顆粒狀碳化物增多，基體晶粒粗化，細碳化物顆粒彌散分布于基體上，見圖1(c)。當淬火溫度達到1050℃時，馬氏體基體和碳化物明顯粗化，晶內(nèi)細顆粒狀碳化物增多，見圖1(d)。因為在熱處理溫度下，晶界碳化物不斷擴散進入基體晶粒內(nèi)部，晶界碳化物減少，碳化物網(wǎng)被打破，淬火時這些溶入基體的合金元素來不及析出，被過飽和固溶于馬氏體基體內(nèi)，回火過程中，溶入馬氏體內(nèi)的合金元素以細顆粒碳化物的形式彌散均勻析出在基體上，改善了鋼中碳化物的分布，熱處理溫度提高，熱處理后鋼的晶粒越粗大?？梢姡侠淼臒崽幚砉に嚳梢愿纳其摰慕M織和碳化物分布。

2.2試驗鋼的力學性能18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼試樣經(jīng)不同溫度淬火+300℃回火熱處理后的力學性能見圖2。由圖2可以看出，鑄態(tài)18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的硬度值最小，為HRC44，隨著淬火溫度的升高，18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的硬度提高。當淬火溫度升高至1000℃時，18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的硬度升至最高，達到HRC58.5，繼續(xù)提高淬火溫度至1050℃時，18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的硬度略有下降，為HRC58?？梢?，適當提高淬火溫度，對18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼硬度的改善有益，但淬火溫度不宜過高。淬火之所以能提高18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的硬度，主要是因為提高淬火溫度，有更多的碳原子及合金元素溶于奧氏體，淬火后馬氏體中碳和合金元素的過飽和度增加，加劇了馬氏體晶格畸變，固溶強化作用增大，從而提高了材料的硬度。從圖2還可以看出，淬火溫度對18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的沖擊韌性也有一定的影響，鑄態(tài)18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的沖擊韌性為4.6J，相對較低;隨著淬火溫度的升高，18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的沖擊韌性逐漸升高，當淬火溫度達到1000℃時，18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的沖擊韌性達到了5.8J;再升高淬火溫度，18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的沖擊韌性有降低的趨勢。這主要是因為鑄態(tài)18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼組織是不均勻的，存在成分偏析，那些高碳高合金微區(qū)韌性往往較差，在熱處理過程中，高碳高合金微區(qū)的元素在高溫下向低碳低合金微區(qū)擴散，鋼的成分、組織和韌性得到改善。當淬火溫度較高時，由于晶粒長大使鋼的組織粗大，脆性增加。因此，適當?shù)臒崽幚砜商岣?8Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的性能，以1000℃淬火+300℃回火最佳。

3結(jié)論