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      汽車球鉸鏈帶狀組織分析及討論

      2014-11-25 11:41:52寧波蝸牛鍛造有限公司浙江余姚315456樊英鋒何秀群
      金屬加工(熱加工) 2014年2期
      關(guān)鍵詞:電阻爐箱式珠光體

      寧波蝸牛鍛造有限公司(浙江余姚 315456)樊英鋒 何秀群

      球鉸鏈?zhǔn)菆?zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的連接附件。其采用了球型軸承結(jié)構(gòu),具有控制靈活、準(zhǔn)確、扭轉(zhuǎn)角度大的優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的自動控制系統(tǒng)中。在球鉸鏈鍛造成形過程中由于其鍛造比大,顯微組織中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)帶狀組織存在。嚴(yán)重的帶狀組織造成了鍛件基體金屬的各向異性,不僅使其在垂直于帶狀組織方向上的伸長率、斷面收縮率及沖擊韌度降低,還使鍛件淬火后易形成混晶組織和非馬氏體組織,使零件淬火變形傾向增大,提高了返工率和廢品率,造成了不必要的浪費(fèi)。本文從熱處理兩方面討論了帶狀組織的變化情況,對減少帶狀組織、提高產(chǎn)品質(zhì)量提出了幾點(diǎn)建議,希望對消除同類產(chǎn)品組織缺陷有些幫助。

      1.材料及使用設(shè)備

      本文選用35鋼鍛打的汽車球鉸鏈作為試驗(yàn)對象?;瘜W(xué)成分如表1所示,由表可見化學(xué)成分均在國標(biāo)要求范圍內(nèi)。將φ32mm圓鋼棒加熱鍛打成如圖1所示毛坯件,從圖1所示位置取樣進(jìn)行金相組織檢驗(yàn)。原材料縱向顯微組織如圖2所示,由圖可見鐵素體沿一定方向排列并呈帶狀分布特征,根據(jù)GB/T 13299—1991標(biāo)準(zhǔn)可評為2級。熱處理加熱設(shè)備有SX3-10-13型箱式電阻爐和JH812型網(wǎng)帶式加熱爐;化學(xué)成分檢測用SPECTRO MAX 光譜分析儀;金相檢測用OLYMPUS BX51M金相顯微鏡;硬度檢測用XHB-3000型數(shù)顯布氏硬度計(jì)。

      表1 35鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

      圖1 球鉸鏈鍛件示意

      圖2 熱軋棒材金相組織

      2.試驗(yàn)及結(jié)果分析

      有關(guān)資料介紹,軋制后采取“分段冷卻”技術(shù)可以有效控制鋼板中帶狀組織的形成。借鑒其經(jīng)驗(yàn),在鍛造后我們將產(chǎn)品單層散放在傳送網(wǎng)帶上并用風(fēng)機(jī)吹冷,其顯微組織如圖3所示,組織為網(wǎng)狀鐵素體+珠光體,有混晶出現(xiàn),輕微魏氏組織,帶狀組織可評為0級,經(jīng)檢測硬度為201~212HBW。將鍛件在箱式電阻爐上以不同的工藝處理,其結(jié)果見圖3~圖6。在圖4中鐵素體呈明顯的條帶狀分布特征,帶狀組織非常嚴(yán)重,可評為5級,經(jīng)檢測硬度為173~174HBW。完全退火后帶狀組織非常明顯是由于在緩慢冷卻條件下,先在碳及合金元素貧化帶區(qū)域由于過冷奧氏體穩(wěn)定性較低析出了鐵素體。先共析鐵素體的析出使得多余的碳及合金元素被排向兩側(cè),造成該區(qū)域元素濃度增高、過冷奧氏體穩(wěn)定性提高而產(chǎn)生珠光體。鐵素體和珠光體彼此交替出現(xiàn)形成明顯的帶狀組織。在圖5中退火形成嚴(yán)重帶狀組織,經(jīng)過重新加熱正火后析出的鐵素體和珠光體排列較均勻,帶狀取向不明顯。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)帶狀組織可評為1~2級,經(jīng)檢測其硬度為178~186HBW。完全奧氏體化后用沸騰水冷卻,樣件金相組織如圖6所示,由圖可見由于冷卻速度過快,先共析鐵素體被極大抑制,只有少量鐵素體析出呈網(wǎng)狀分布特征,在其內(nèi)部珠光體和少量托氏體均勻分布無帶狀。經(jīng)檢測其硬度為231~246HBW。

      圖3 鍛造后風(fēng)機(jī)吹冷

      圖4 870℃×60min退火

      圖5 退火+860℃×40min正火

      圖6 退火+860℃×40min沸水冷卻

      由箱式電阻爐試驗(yàn)可知,鍛件加熱后冷卻速度越慢帶狀組織越嚴(yán)重,反之越輕。因此,在網(wǎng)帶式加熱爐上將鍛件進(jìn)行正火,顯微組織如圖7所示。由圖7可見,經(jīng)過不完全正火后殘留鍛造組織較多,且鐵素體和珠光體呈明顯帶狀分布,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可評為3級。分析原因主要有3點(diǎn):其一是加熱溫度明顯偏低,進(jìn)入了鐵碳相圖的兩相區(qū)間,導(dǎo)致鍛造組織沒有轉(zhuǎn)變完全;其二是保溫時(shí)間過短,組織沒有來得及轉(zhuǎn)變徹底。箱式電阻爐是以工件進(jìn)入爐膛后爐溫重新升到設(shè)定溫度為基準(zhǔn)來計(jì)算的,實(shí)際上是保溫時(shí)間;而網(wǎng)帶式加熱爐是以工件進(jìn)入爐膛到出爐的時(shí)間來計(jì)算的,實(shí)際上是加熱時(shí)間。經(jīng)過測試網(wǎng)帶爐設(shè)定60min,工件實(shí)際保溫時(shí)間約30min,明顯網(wǎng)帶式加熱爐上溫度偏低;其三是冷卻條件不同。箱式電阻爐試驗(yàn)時(shí)單個(gè)工件擺放在料架上自然空冷。周圍空氣是室溫,只有20℃左右,因此冷卻速度較快。而網(wǎng)帶式加熱爐是批量生產(chǎn),先落下的工件將周圍空氣加熱,后落下的工件在高達(dá)上百攝氏度的環(huán)境中冷卻,實(shí)際冷卻速度明顯偏低,造成鐵素體和珠光體呈帶狀析出。工藝調(diào)整后樣件金相組織如圖8所示,可見隨著加熱溫度升高和保溫時(shí)間延長,殘留鍛造組織消失。在冷卻網(wǎng)帶上加風(fēng)機(jī)吹冷后鐵素體和珠光體分布較均勻,帶狀組織可評為1級,經(jīng)檢測其硬度為189~200HBW。

      圖7 750℃×60min加熱空冷

      圖8 860℃×80min加熱后風(fēng)冷

      3.討論

      研究表明,帶狀組織產(chǎn)生的原因是由于在冶煉時(shí)鋼中化學(xué)元素分布不均勻,導(dǎo)致在鋼錠中形成了枝晶偏析,在后續(xù)加工過程中使鐵素體和珠光體成帶狀析出。許多資料均提出通過高溫?cái)U(kuò)散退火可以改善甚至消除帶狀組織,但是經(jīng)過高溫長時(shí)間加熱后組織變的異常粗大,必須經(jīng)過1~3次正火才能細(xì)化晶粒;同時(shí)高溫加熱氧化脫碳嚴(yán)重,必須提前計(jì)算并留有足夠的加工余量,才能保證工件不因脫碳層超標(biāo)導(dǎo)致有效尺寸減少而報(bào)廢。由于工序多、周期長、能源消耗大,此種方法在工廠里并未得到廣泛應(yīng)用。因此,為了徹底消除帶狀組織,應(yīng)在鋼材的源頭——冶煉上下功夫,采取先進(jìn)熔煉設(shè)備、熔煉方法,使鋼錠內(nèi)部各化學(xué)元素均勻分布,避免在后續(xù)加工過程中出現(xiàn)帶狀組織。在工廠實(shí)際生產(chǎn)過程中,鍛造后的產(chǎn)品應(yīng)散放在網(wǎng)帶上冷卻。盡量避免鍛造后直接扔至料框中堆冷,消除形成帶狀組織的條件。對于需要調(diào)質(zhì)的工件,若帶狀組織嚴(yán)重應(yīng)采取降低淬火加熱溫度、提高淬火液溫度、減緩淬火液攪拌等方式和方法來防止翹曲變形甚至淬裂;對于需要正火的工件,若帶狀組織嚴(yán)重應(yīng)采取加熱后風(fēng)冷,以及防止產(chǎn)品堆積冷卻的方法來減緩帶狀組織形成。

      4.結(jié)語

      (1)消除帶狀組織的根本措施在于冶煉時(shí)保證鋼錠內(nèi)各化學(xué)元素均勻分布,盡量不形成枝晶偏析或?qū)⑿纬傻闹龃蛩?,使其均勻化?/p>

      (2)鍛件加熱后采用足夠快的冷卻速度,可以減少甚至消除帶狀組織。

      (3)若原材料存在嚴(yán)重帶狀組織,通過快冷減少或消除的帶狀組織,經(jīng)過加熱后緩慢冷卻又會重新出現(xiàn)。

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