軸類(lèi)鍛件調質(zhì)處理的伸長(cháng)變形
作者:admin2021-03-22 16:30:27
鋼鍛件經(jīng)過(guò)粹火加熱和冷卻后，要發(fā)生組織轉變，同時(shí)產(chǎn)生熱應力和組織應力，會(huì )使淬火工件的形狀和尺寸發(fā)生變化，形成彎曲、翹曲、伸長(cháng)、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(guò)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。
結構鋼鍛件經(jīng)粗加工調質(zhì)處理后，也會(huì )產(chǎn)生彎曲變形，特別是細長(cháng)軸類(lèi)鍛件（長(cháng)徑比>80)的彎曲變形，在生產(chǎn)中時(shí)常發(fā)生，生產(chǎn)廠(chǎng)家也比較重視。然而，對于大型軸類(lèi)鍛件調質(zhì)處理后的伸長(cháng)變形，則往往被人們所忽視。因為這類(lèi)鍛件經(jīng)過(guò)調質(zhì)處理，要在軸端套取試料進(jìn)行理化檢驗，試驗項目合格后，即把軸端多余的試料切除掉，再轉人加工工序，所以忽略了軸的長(cháng)度變化。但是，對于兩端有連接法蘭的船用中間軸來(lái)說(shuō)，長(cháng)度尺寸的變化非常重要，稍有不慎就有可能出現廢品，造成不應有的經(jīng)濟損失。例如,35CrMo 鋼船用中間軸(外徑420 mm、內孔150 mm、兩法蘭開(kāi)檔長(cháng)度6 000 mm-8 000 mm)兩法蘭間開(kāi)檔長(cháng)度經(jīng)過(guò)次調質(zhì)處理后***大伸長(cháng)變形量可達33 mm，使鍛件沒(méi)有精加工余量而報廢。因此，生產(chǎn)中積累軸類(lèi)鍛件調質(zhì)處理后的伸長(cháng)變形數據，掌握伸長(cháng)變形規律,對繪制粗加工圖,修訂大型鍛件粗加工余量標準，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→調質(zhì)處理→精加工等工序。調質(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)性能試驗結果表明：中間軸的綜合力學(xué)性能良好,全部達到了技術(shù)條件要求的指標。但是,經(jīng)調質(zhì)處理合格的中間軸鍛件,轉序進(jìn)行精加工時(shí),發(fā)現兩法蘭間內檔尺寸已經(jīng)沒(méi)有精加工余量，無(wú)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(lèi)鍛件，在調質(zhì)處理裝爐前，測量軸的直徑和長(cháng)度。直徑尺寸在軸的兩端測量，互成90°，取二次的平均值。長(cháng)度尺寸在軸的互成90°兩條母線(xiàn)上測量，取測量值的平均值。調質(zhì)處理后，用相同方法再測量一次。把兩次測量結果計入統計表中，并進(jìn)行對比，得出該軸經(jīng)調質(zhì)后的伸長(cháng)變形量。為了減少人為的測量誤差，調質(zhì)處理前后由同一個(gè)人用同一把鋼卷尺來(lái)進(jìn)行測量。測量誤差自定為±2 mm,如果調質(zhì)處理前、后長(cháng)度在 2 mm 范圍波動(dòng)，則視為軸的長(cháng)度尺寸沒(méi)有發(fā)生變化。
測量軸類(lèi)鍛件在不同熱處理狀態(tài)下的長(cháng)度變化。我們對軸類(lèi)鍛件在正火+高溫回火狀態(tài)和調質(zhì)狀態(tài)下的長(cháng)度尺寸進(jìn)行測量,以期驗證鍛件在以得到驗證；對不同鋼種、不同規格的軸類(lèi)鍛件,在調質(zhì)處理前和調質(zhì)處理后進(jìn)行長(cháng)度測量,探索不同鋼種對調質(zhì)處理后伸長(cháng)變形的影響；對鋼種相同、規格相同的軸類(lèi)鍛件,測量其粹火冷卻條件對軸伸長(cháng)變化的影響,還要測量調質(zhì)處理次數(兩次調質(zhì)處理之間不經(jīng)中問(wèn)熱處理)對軸伸長(cháng)變形的影響。
35CrMo 鋼船用中間軸鍛件調質(zhì)處理后伸長(cháng)變形的測量。船用中間軸鍛件鍛后經(jīng)過(guò)等溫退火處理。粗加工后外徑為420 mm～440 mm,內孔直徑為150 mm,長(cháng)度為6 000 mm ～8 060 mm。經(jīng)過(guò)一次調質(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(cháng)變形量為14 mm-33mm。
不同材質(zhì)的軸類(lèi)鍛件，鍛后經(jīng)過(guò)等溫退火處理，粗加工后，再經(jīng)調質(zhì)處理，軸的伸長(cháng)變形量測量結果可知，34CrMo1A、35CrMo、34CrNi3Mo、38CrMoAIA鋼軸類(lèi)鍛件，經(jīng)過(guò)調質(zhì)處理后，都將產(chǎn)生伸長(cháng)變形，其伸長(cháng)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)、調質(zhì)粹火時(shí)的冷卻條件(即組織轉變量)的影響。
調質(zhì)次數對軸類(lèi)鍛件伸長(cháng)變形的影響測量。軸類(lèi)鍛件如果進(jìn)行重復調質(zhì)處理，而兩次調質(zhì)處理之間又未經(jīng)中間退火，則隨調質(zhì)次數增加,其軸的伸長(cháng)變形量也增加。
35CrMo、34CrMo1A 鋼軸類(lèi)鍛件，鍛后經(jīng)過(guò)等溫退火、粗加工后，再進(jìn)行正火+高溫回火處理，軸的長(cháng)度尺寸測量結果在2mm范圍內波動(dòng)。由此可以認為，經(jīng)正火+高溫回火處理后，軸的長(cháng)度尺寸沒(méi)有發(fā)生宏觀(guān)變化。由此可以推論，軸類(lèi)鍛件在井式熱處理爐中垂直懸掛加熱，不會(huì )在淬火溫度下因自重蠕變而被拉長(cháng)。
生產(chǎn)中實(shí)際測量結果證明，調質(zhì)時(shí)在水中粹火的伸長(cháng)變形量大于在油中粹火時(shí)的伸長(cháng)變形量。
中碳結構鋼大型軸類(lèi)鍛件經(jīng)過(guò)等溫退火后，鋼的顯微組織為珠光體+鐵素體，粗加工不會(huì )改變鋼的顯微組織。經(jīng)過(guò)調質(zhì)淳火后，由于熱處理尺寸效應，在鍛件的橫截面上，由表面向心部的組織轉變產(chǎn)物順序為馬氏體→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(cháng)度方向卻測量出尺寸的變化,這就是軸類(lèi)鍛件調質(zhì)處理后仲長(cháng)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(huì )出現差異,因此,軸類(lèi)鍛件的伸長(cháng)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,在調質(zhì)淬火時(shí),冷卻速度越大軸的伸長(cháng)變形量越大。相同規格、相同材質(zhì)的鍛件,在水中淬火調質(zhì)比在油中淬火調質(zhì)的伸長(cháng)變形量要大。因為鋼在水中淬火比在油中淬火的組織轉變更充分，淬火火組織的轉變量也更多，所以軸的伸長(cháng)變形量就更大。
鍛件在熱處理過(guò)程中,由組織轉變應力、高溫自重蠕變所引起的伸長(cháng)變形量是很小的。
軸類(lèi)結構鋼鍛件在調質(zhì)過(guò)程中會(huì )發(fā)生伸長(cháng)變形。伸長(cháng)變形量與鍛件調質(zhì)前的組織狀態(tài)形狀尺寸、鍛件材質(zhì)、調質(zhì)次數密切相關(guān)。鍛件調質(zhì)前為退火組織(珠光體+鐵素體)時(shí),調質(zhì)后伸長(cháng)變形量***大。調質(zhì)次數增加而兩次調質(zhì)之間又不經(jīng)中間退火或正火處理時(shí)，則鍛件的伸長(cháng)變形量也隨調質(zhì)次數的增加而增大。
對于大型鍛件在調質(zhì)前應充分預測到尺寸的變化，并預留足夠的加工余量，這是防止因調質(zhì)處理伸長(cháng)變形而造成報廢的有效措施。兩端都有連接法蘭的軸類(lèi)鍛件(如船用中間軸),在已知伸長(cháng)變形量的基礎上，可在繪制粗加工圖時(shí)，將粗加工余量放在軸的兩個(gè)法蘭的內側面上，而兩法蘭外側面的加工余量則利用調質(zhì)處理后軸的伸長(cháng)變形來(lái)補償。這樣，就不會(huì )發(fā)生因鍛件調質(zhì)后伸長(cháng)變形在法蘭內側沒(méi)有加工余量而報廢的情況結合大型鍛件實(shí)際生產(chǎn)情況，對軸類(lèi)鍛件伸長(cháng)變形和環(huán)形鍛件內孔脹大(實(shí)際上也是一種沿鍛件纖維方向的伸長(cháng)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)驗數據，掌握鍛件在不同熱處理狀態(tài)的尺寸變化規律，對修訂大型鍛件粗加工余量標準，繪制鍛件粗加工圖具有現實(shí)指導意義。
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