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鑄鍛鋼淬火質量缺陷分析及控制措施大全

鋼件淬火后可以提高其強度、硬度及耐磨性,但是工件的原始尺寸或形狀在淬火時會發生人們所不希望的變化,這此變化會成為影響產品質量的缺陷,減小或是避免這些缺陷,首先我們就要知道淬火會產生哪些的缺陷,其形成原因是什么,并找到對應的解決辦法。淬火質量缺陷及控制從以下幾方面進行闡述。

1.淬火畸變

淬火畸變的類型可分為兩類,即體積畸變和形狀畸變。

淬火前后各種組織比體積不同是引起體積變化的主要原因。由馬氏體→貝氏體→珠光體→奧氏體的比體積依次減小。原始組織為珠光體的工件淬火轉變為馬氏體,體積脹大。若組織有大量殘留奧氏體,有可能使體積縮小。只有精度特別高的工件才考慮體積均勻脹大引起體積尺寸變化。

工件各部位相對位置或尺寸發生變化,如板桿件彎曲、內孔脹縮、孔間距變化等統稱為形狀畸變?;冃纬稍蛴幸韵聨追N:

1)加熱溫度不均勻,形成的熱應力引起畸變或工件在爐中放置不合理,在高溫常因自重產生蠕變畸變。

2)加熱時,隨加熱溫度升高,鋼的屈服強度降低,已存在工件內部的殘留應力(冷變形應力、焊接應力、機加工應力等)達到高溫下的屈服強度時,就會引起工件不均勻塑性變形而造成形狀畸變和殘留應力松弛。

3)淬火冷卻時的不同時性形成的熱應力和組織應力使工件局部塑性變形。形狀復雜的工件,因其結構的特殊性,在淬火時,因受熱和冷卻時的速度不一樣,增加了它的變形傾向。

2.減少淬火畸變的途徑和方法

1)采用合理的熱處理工藝可有效減少畸變。如降低淬火加熱溫度;緩慢加熱或對工件進行預熱;靜止加熱法,極細長和極薄的工件,為了減少鹽浴磁攪拌對工件的沖擊作用,可采用斷電加熱;截面尺寸較小的工件,如果對心部強度要求不高,采用快速加熱;合理捆扎和吊掛工件;根據工作的形狀采用合理的淬入方式;采用分級淬火或等溫淬火;根據工件的形狀特點及變形規律,在淬火前人為地使工件反向變形,使之與淬火后的畸變相抵消。

2)合理設計零件。如工件形狀力求對稱,避免截面相差懸殊,從而減少因冷卻不均引起的畸變;易畸變的槽形工件或開口工件,為了減少槽口脹大或縮小,淬火前使其成為封閉結構,如在槽口處增加筋,淬火后再切開;布設工藝孔,減少型腔縮??;復雜件采用組合結構,即將一個復雜工件分解成幾個簡單部分,分別施微畸變淬火后,再組裝起來;正確選用鋼材,如對精度高,允許熱處理畸變小的工模具,可選用微畸變鋼,高精度塑料模具也可選用預硬鋼。

3)合理的鍛造和預備熱處理。嚴重的碳化物偏析、帶狀組織使淬火畸變呈各向異性或不規則性,通過鍛造改善碳化物分布,不僅能減少畸變,對提高工件的使用壽命也有利。

3.畸變的校正

對于熱處理后零件產生的畸變,可采用冷壓校直、熱點校直、趁熱校直、回火校直、反擊校直、縮孔處理等方法。

冷壓校直是將彎曲工件在凸出的最高點施加外力,使之發生塑性變形,這種方法適合硬度低于35HRC的軸類工件;熱點校直是用氧乙炔火焰加熱凸起部分,然后用水或油迅速冷卻,使受熱部分在熱應力作用下收縮,這種方法適用于硬度大于3540HRC的工件;趁熱校直是工件淬火冷至Ms溫度附近,利用奧氏體良好的塑性和相變超塑性,使畸變得到校正;回火校正是將工件施加外力,再進行回火,回火溫度高于300℃;反擊校直是用鋼錘連續敲擊凹處,使工件小面積產生塑性變形;縮孔處理是將淬火后脹大的工件,加熱至600700℃透紅,為防止孔內進水,用兩塊薄板蓋住工件兩端,迅速投入水中急冷,利用熱應力使孔收縮,經過一次或多次重復操作,可使脹大的孔得到校正。

4.淬火開裂

淬火開裂是熱處理應力超過材料的斷裂強度引起的開裂現象。裂紋呈斷續的串聯分布,斷口有淬火油或鹽水的痕跡,無氧化色,裂紋的兩側也無脫碳現象。產生淬火裂紋的場合及原因有下幾點:

1)材料管理混亂,誤把高碳鋼或高碳合金鋼當成低、中碳鋼使用,采用水淬。

2)冷卻不當。在Ms溫度以下快冷,因組織應力大引起開裂。如水-油雙介質淬火,在水中停留時間長,淬火油中含有過多水分。

3)未淬透工件心部硬度為3645HRC時,在淬硬層與非淬硬層交界處形成淬火裂紋。心部硬度小于36HRC,交界處拉硬力得到消減。心部硬度大于45HRC,說明已有馬氏體組織,拉應力峰值降低,開裂傾向減小。

 4)具有最危險淬裂尺寸的工件易形成淬火裂紋。工件全部淬透時有一最危險的淬裂尺寸,其直徑是:水淬時為815mm;油淬時為2540mm。尺寸小于最危險淬裂尺寸時,心部與表面溫差小,淬硬力小,不易開裂,反之增大,但拉應力峰遠離表面,淬裂傾向反而減小。 

5)嚴重表面脫碳易形成網狀裂紋。脫碳層馬氏體比體積小,受到拉應力作用,易形成網狀裂紋。

6)內徑較小的深孔工件,內表面冷卻較外表面小得多,殘留熱應力作用小,所受到的殘留拉應力較外表面大,內壁易形成平行的縱向裂紋。

7)淬火加熱溫度過高,引起晶粒粗化,晶界弱化,鋼的脆斷強度降低,淬火易開裂。

8)重復淬火前未經中間退火,過熱傾向大,前項的淬火應力未能完全消除,以及多次加熱引起的表面脫碳,都會促使淬火開裂。

8)大截面高合金鋼工件淬火加熱時未經預熱或加熱速度過快,加熱時的熱應力或組織應力增大,引起開裂。

10)原始組織不良,如高碳鋼球化退火質量欠佳,其組織是片狀或點狀珠光體,熱熱傾向大;晶粒粗化,馬氏體含量高,淬火開裂傾向大。

11)原材料顯微裂紋,非金屬夾雜物,嚴重碳化物偏析淬火開裂傾向增大。如非金屬加雜物或嚴重碳化物沿軋制方向形成帶狀公布,由于力學性能各向異性,其橫向性能比縱向性能低30%50%,在表面最大拉應力作用下,常沿非金屬夾雜物或碳化物分布方向呈縱向裂紋。

12)鍛造裂紋在淬火時擴大。在變通爐內淬火加熱時,開裂的破斷面上有黑色的氧化皮,裂紋兩側有脫碳層。

13)過燒裂紋。裂紋多呈網狀,晶界有氧化和熔化現象。

14)淬透性低的鋼,用鉗子夾持淬火時,被夾持部位淬火冷的慢,有非馬氏體組織,鉗口位于淬硬層與非淬硬層交界處,其拉應力大,易開裂。

15)高速鋼、高鉻鋼分級淬火,工件未冷至室溫,急于清洗(因Ms以下快冷)引起開裂。

16)深冷處理因急冷急熱形成的熱應力和組織應力都比較大,且低溫材料的脆斷強度低,易產生淬火開裂。

17)淬火后未及時回火,工件內部的顯微裂紋在淬火應力的作用下擴展形成宏觀裂紋。

5.防止淬火開裂的措施

1)改進工件結構。截面力求均勻,不同截面處應有圓角過渡,盡量減少不通孔、尖角,避免應力集中引起的開裂。

2)合理選擇鋼材。形狀復雜易開裂的工件,應選擇淬透性高的合金鋼制造,以便采用冷速緩慢的淬火介質,減少淬火應力。

3)原材料應避免顯微裂紋及嚴重的非金屬夾雜物和碳化物偏析。

4)正確進行預先熱處理,避免正火、退火組織缺陷。

5)正確選擇加熱參數。

6)合理選用淬火介質和淬火方法。

7)對工件易開裂部位,如尖角、薄壁、孔等進行局部包扎。

8)易開裂工件淬火后應及時回火或帶溫回火。

6.硬度不足

工件淬火后表面硬度低于所用鋼材應有淬火硬度值稱為硬度不足。產生硬度不足的原因有多種,控制措施見表1。

 1

序號

淬火硬度不足的原因

控制措施

1

介質冷卻能力差,工件表面有鐵素體、托氏體等非馬氏體組織

采用冷卻較快的淬火介質;適當提高淬火加熱溫度

2

淬火加熱溫度低,或預冷時間長,淬火冷卻速度低,出現非馬氏體組織

在確保淬火加熱溫度正常的前提下;減少預冷時間

3

亞共析鋼加熱不足有未溶鐵素體

嚴格控制加熱溫度、保濕時間和爐溫均勻性

4

碳鋼或低合金鋼采用水-油雙介質淬火時,在水中停留時間不足,或從水中提出零件后,在空氣中停留時間過長

嚴格控制零件在水中停留時間及操作規范

5

鋼的淬透性差,且工作截面尺寸不大,不能淬硬

采用淬透性好的鋼

6

高碳高合金鋼淬火加溫度高,殘留奧氏體過量

降低淬火加熱溫度或采用深冷處理

7

等溫時間過長,引起奧氏體穩定化

嚴格控制分級或等溫時間

8

表面脫碳

采用可控制氣氛加熱或其他防脫碳措施

9

硝鹽或堿浴中水分含量過少,分級冷卻時有托氏體等非馬氏體形成

嚴格控制鹽浴和堿浴中的水分

10

合金元素內氧化,表面淬透性降低,出現托氏體等非馬氏體而內部則為馬氏體組織

降低爐內氣氛中氧化性成分含量;選用冷速快的淬火介質。

 

7.軟點

淬火后工件表面局部區域出現硬度偏低的現象稱為軟點,碳鋼和低合金鋼由于淬透性較差,通常易出現淬火軟點。產生軟點的原因及控制措施見表2。

 2

序號

軟點開形成原因

控制措施

1

淬火時工件表面氣泡未及時破裂,致使氣泡處冷速降低,出現非馬氏體組織

增加介質與工件的相對運動;控制水溫和水中的雜質

2

工作表面局部的氧化皮、銹斑或其他附著物(涂料)淬火時未剝落,使冷速降低

淬火前清理工件表面

3

原始組織不均勻,有嚴重的帶狀組織或碳化物偏析

原材料進行鍛造和預先熱處理,使組織均勻化

8.表面腐蝕─麻點

工件淬火后經酸洗或噴砂,表面顯現出密度較大的點狀凹坑稱為麻點,它是由介質腐蝕形成的,麻點使工件失去光澤,影響表面光潔程度。

形成麻點的原因有多種,但在工作中我們可以減少這種缺陷,如在鹽浴中降低硫酸鹽含量,避免使基體受到腐蝕;也可以降低硝鹽溫度;高溫淬火加熱工件經預冷處理后再放入溶液中,避免硝鹽分解;高溫局部加熱時對非加熱部位進行浸鹽處理,使之包覆一層固態鹽殼,可防止點蝕。

 

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