40cr硬度高频淬火硬度不均匀的原因

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42CrMo圆钢高频感应淬火对组织及硬度的影响
42CrMo圆钢具有强度高、淬透性高、韧性好、淬火时变形小,高温时有高的蠕变强度和持久强度等特点,一般用于制造要求较35CrMo圆钢强度更高和调质截面更大的锻件,如机车牵引用的大齿轮、增压器传动齿轮、后轴、受载荷极大的连杆及弹簧夹,也可用于2000m以下石油深井钻杆接头与打捞工具等。为了获得较高的韧性和足够的强度及优良的综合力学性能,一般会对42CrMo钢进行调质处理。
对于需要承受扭转、弯曲等交变负荷作用的工件,要求表面层承受比芯部更高的应力或耐磨性,这时需对工件表面进行强化。采用的方法主要有感应加热表面淬火(高频、中频、工频)、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光加热表面淬火和电子束加热表面淬火等。如某结构的活塞杆,要求活塞杆的细杆硬化层厚度大于1.5mm(细杆的直径约21mm)。由于高频感应淬火具有加热速度快、淬火后工件不易脱碳、淬硬层深、易于控制操作以及易于实现机械化及自动化等特点。因此选用高频感应加热表面淬火,对42CrMo活塞杆的细杆进行高频感应加热表面淬火及中温回火,研究不同热处理工艺下工件的组织及表面硬度。
实验用42CrMo圆钢的化学成分(质量分数,%)为:0.38~0.45C,0.17~0.37Si,0.5~0.8Mn,0.9~1.2Cr,0.5~0.8Mo。此材料经(860±10)℃×(1~1.5h)正火;850℃×1.5h油冷淬火;580℃×3h油冷回火。处理后的金相组织为回火索氏体。
实验用高频表面淬火设备为GP100-C电子管高频加热电源,淬火介质为好富顿聚合物淬火液Aqua-Quench251(5vol.%)。表面淬火工艺参数为:200kHz,100kW,移动速度7.6mm/s,转速180r/min。回火设备为GF-30-3电热回火烘箱。回火工艺为:200℃×2h,空冷。
42CrMo圆钢活塞杆经高频感应表面淬火以及回火后,两种工艺处理后的组织相似,从表面到中心均分为淬硬层、过渡区和基体。淬硬层为马氏体组织,过渡区为马氏体与回火索氏体的混合组织,基体为回火索氏体。42CrMo圆钢活塞杆经高频感应表面淬火以及回火后,淬硬层厚均超过1.5mm,平均硬度分别为435和415HV0.1,能满足实际要求。
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45#无缝管和40Cr无缝钢管调质温度热处理工艺
&调质是淬火加高温回火的双重热处理,其目的是使无缝钢管有良好的综合机械性能。  调质钢有碳素调质钢和合金调质钢二大类,不管是碳钢还是合金钢,其含碳量控制比较严格。如果含碳量过高,调质后工件的强度虽高,但韧性不够,如含碳量过低,韧性提高而强度不足。为使调质件得到好的综合性能,一般含碳量控制在0.30~0.50%。
  调质淬火时,要求工件整个截面淬透,使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。通过高温回火,得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。小型工厂不可能每炉搞金相分析,一般只作硬度测试,这就是说,淬火后的硬度必须达到该材料的淬火硬度,回火后硬度按图要求来检查。
  工件调质处理的操作,必须严格按工艺文件执行,我们只是对操作过程中如何实施工艺提些看法。
  1、 45号无缝管的调质
  45号无缝管是中碳结构钢,冷热加工性能都不错,机械性能较好,且价格低、来源广,所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低,截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。
  45号无缝管淬火温度在A3+(30~50) ℃,在实际操作中,一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快,表面氧化减少,且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化,就需要足够的保温时间。如果实际装炉量大,就需适当延长保温时间。不然,可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长,也会也出现晶粒粗大,氧化脱碳严重的弊病,影响淬火质量。我们认为,如装炉量大于工艺文件的规定,加热保温时间需延长1/5。
  因为45号无缝管淬透性低,故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。工件入水后,应该淬透,但不是冷透,如果工件在盐水中冷透,就有可能使工件开裂,这是因为当工件冷却到180℃左右时,奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此,当淬火工件快冷到该温度区域,就应采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握,须凭经验操作,当水中的工件抖动停止,即可出水空冷(如能油冷更好)。另外,工件入水宜动不宜静,应按照工件的几何形状,作规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件,导致硬度不均匀,应力不均匀而使工件变形大,甚至开裂。
  45号无缝管调质件淬火后的硬度应该达到HRC56~59,截面大的可能性低些,但不能低于HRC48,不然,就说明工件未得到完全淬火,组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织,这种组织通过回火,仍然保留在基体中,达不到调质的目的。
  45号无缝管淬火后的高温回火,加热温度通常为560~600℃,硬度要求为HRC22~34。因为调质的目的是得到综合机械性能,所以硬度范围比较宽。但图纸有硬度要求的,就要按图纸要求调整回火温度,以保证硬度。如有些轴类零件要求强度高,硬度要求就高;而有些齿轮、带键槽的轴类零件,因调质后还要进行铣、插加工,硬度要求就低些。关于回火保温时间,视硬度要求和工件大小而定,我们认为,回火后的硬度取决于回火温度,与回火时间关系不大,但必须回透,一般工件回火保温时间总在一小时以上。
  2、40Cr无缝钢管的调质处理
  Cr能增加钢的淬透性,提高钢的强度和回火稳定性,具有优良的机械性能。截面尺寸大或重要的调质工件,应采用Cr钢。但Cr钢有第二类回火脆性。
  40Cr无缝钢管工件调质的淬回火,各种参数工艺卡片都有规定,我们在实际操作中体会是:
  (一)40Cr工件淬火后应采用油冷,40Cr钢的淬透性较好,在油中冷却能淬硬,而且工件的变形、开裂倾向小。但是小型企业在供油紧张的情况下,对形状不复杂的工件,可以在水中淬火,并未发现开裂,只是操作者要凭经验严格掌握入水、出水的温度。
  (二)40Cr无缝钢管工件调质后硬度仍然偏高,第二次回火温度就要增加20~50℃,不然,硬度降低困难。
  (三)40Cr无缝钢管工件高温回火后,形状复杂的在油中冷却,简单的在水中冷却,目的是避免第二类回火脆性的影响。回火快冷后的工件,必要时再施以消除应力处理。
  影响调质工件的质量,操作工的水平是个重要因素,同时,还有设备、材料和调质前加工等多方面的原因,我们认为:
  (一)工件从加热炉转移到冷却槽速度缓慢,工件入水的温度已降到低于Ar3临界点,产生部分分解,工件得到不完全淬火组织,达不到硬度要求。所以小零件冷却液要讲究速度,大工件予冷要掌握时间。
  (二)工件装炉量要合理,以1~2层为宜,工件相互重叠造成加热不均匀,导致硬度不匀。
  (三)工件入水排列应保持一定距离,过密使工件近处蒸气膜破裂受阻,造成工件接近面硬度偏低。
  (四)开炉淬火,不能一口气淬完,应视炉温下降程度,中途闭炉重新升温,以便前后工件淬后硬度一致。
  (五)要注意冷却液的温度,10%盐水的温度如高于60℃,不能使用。冷却液不能有油污、泥浆等杂质,不然,会出现硬度不足或不均匀现象。
  (六)未经加工毛坯调质,硬度不会均匀,如要得到好的调质质量,毛坯应粗车,棒料要锻打。
  (七)严把质量关,淬火后硬度偏低1~3个单位,可以调整回火温度来达到硬度要求。但淬火后工件硬度过低,有的甚至只有HRC25~35,必须重新淬火,绝不能只施以中温或低温回火以达到图纸要求完事,不然,失去了调质的意义,并有可能产生严重的后果。文档贡献者
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