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      滲碳淬火畸變的過程特性試驗(yàn)研究

      2020-06-28 13:33:20王全振張忠和王飛宇張忠信趙明旭
      熱處理技術(shù)與裝備 2020年3期
      關(guān)鍵詞:滲碳畸變淬火

      王全振,岳 猛,張忠和,王飛宇,張忠信,趙明旭,于 晃

      (1.沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司,遼寧 沈陽 110869; 2.沈陽創(chuàng)推科技有限公司,遼寧 沈陽 110141; 3.沈陽中金模具鋼有限公司,遼寧 沈陽 110141)

      1 試驗(yàn)材料及方法

      1.1 試驗(yàn)材料

      對(duì)17CrNiMo6、18CrNiMo7-6、12Cr2Ni4滲碳鋼進(jìn)行滲碳淬火畸變的過程特性試驗(yàn)研究,三種試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分見表1。17CrNiMo6鋼符合德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)“DIN 17210—1986表面硬化鋼交貨技術(shù)條件”,18CrNiMo7-6鋼符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)“EN 10084—2008 滲碳鋼交貨技術(shù)條件”,12Cr2Ni4鋼符合國(guó)標(biāo)“GB/T 3077—1999合金結(jié)構(gòu)鋼”的規(guī)定,試驗(yàn)材料均為精煉的鍛鋼,自由鍛造成型。

      表1 試驗(yàn)材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

      1.2 試驗(yàn)方法

      采用國(guó)際上通用的C形畸變?cè)嚇?見圖1)進(jìn)行滲碳淬火畸變的過程特性試驗(yàn),在鍛件毛坯上的取樣方法,見圖2所示。C形畸變?cè)嚇拥木幪?hào)采用二位數(shù),第一位數(shù)代表材料(同表1中的編號(hào)一致),第二位代表各種材料C形畸變?cè)嚇拥男蛱?hào)。

      圖1 畸變?cè)嚇覨ig.1 The deformation samples

      圖2 試樣切取圖Fig.2 The cutting schematic diagram of samples

      滲碳淬火畸變的過程特性試驗(yàn)一共進(jìn)行了兩爐。第一爐選用了三種材料,進(jìn)行不同預(yù)備熱處理方法及不同二次淬火溫度的試驗(yàn),熱處理工藝見表2;第二爐選用了兩種材料,其中,17CrNiMo6鋼采用相同的預(yù)備熱處理方法,而18CrNiMo7-6鋼采用不同的預(yù)備熱處理方法,進(jìn)行滲碳后一次淬火、二次淬火的工藝對(duì)比試驗(yàn),熱處理工藝見表3。

      畸變?cè)嚇拥某叽鐪y(cè)量及畸變量的計(jì)算方法是:采用卡尺進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量方法見圖3,工藝試驗(yàn)前先對(duì)C形試樣的開口處尺寸進(jìn)行測(cè)量作為原始尺寸,滲碳、一次淬火后再次測(cè)量開口處尺寸作為該道工序后的尺寸,二次淬火后最終測(cè)量開口處尺寸作為二次淬火工序后的尺寸,即全部滲碳淬火工序的最終尺寸;每次測(cè)量開口尺寸,進(jìn)行三次測(cè)量,然后取三次測(cè)量的平均值。滲碳、一次淬火、二次淬火工藝前后的尺寸之差就是該工序的畸變量,最終尺寸與原始尺寸之差為總畸變量。裝爐時(shí)試樣放置位置要比較接近,裝爐高度要保持一致,從而保證滲碳的氣氛環(huán)境和淬火的冷卻條件均勻一致。試驗(yàn)研究過程參考了文獻(xiàn)[1-4]的研究成果。

      圖3 尺寸測(cè)量示意圖Fig.3 The dimension measurement diagram

      2 試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)

      2.1 第一爐試驗(yàn)

      對(duì)調(diào)質(zhì)、正回火預(yù)備熱處理的17CrNiMo6、18CrNiMo7-6、12Cr2Ni4滲碳鋼進(jìn)行同爐滲碳淬火畸變的過程特性試驗(yàn)。調(diào)質(zhì)預(yù)處理試樣的二次淬火溫度為820 ℃;正回火預(yù)處理試樣的二次淬火溫度為780 ℃。每道工序前后的尺寸差為該道工序的畸變量,全部工序完成后的尺寸同原始尺寸之差為總的畸變量。試驗(yàn)后的畸變量結(jié)果,見表2。

      2.2 第二爐試驗(yàn)

      對(duì)17CrNiMo6、18CrNiMo7-6試樣進(jìn)行同爐滲碳淬火畸變的過程特性試驗(yàn),淬火溫度采用820 ℃,17CrNiMo6鋼的預(yù)處理均為正回火;18CrNiMo7-6鋼的預(yù)處理分別為調(diào)質(zhì)和正回火。試驗(yàn)后的畸變量結(jié)果,見表3。

      表2 第一爐試驗(yàn)的滲碳淬火工藝及變形量

      表3 第二爐試驗(yàn)的滲碳淬火工藝及變形量

      3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

      3.1 第一爐的數(shù)據(jù)分析

      從表2可以看出,三種滲碳淬火鋼采用不同預(yù)備熱處理方法和不同滲碳淬火工藝,工藝過程的畸變量都是各道工序畸變量的疊加,即滲碳淬火的畸變具有過程函數(shù)的特性。

      二次淬火采用820 ℃加熱溫度的畸變量比780 ℃加熱溫度下的畸變量大,符合淬火溫度高畸變量大的規(guī)律。文獻(xiàn)[5]認(rèn)為正回火預(yù)處理試樣的畸變量比調(diào)質(zhì)預(yù)處理試樣的畸變量一般要大20%以上,而表2中采用調(diào)質(zhì)預(yù)處理試樣的畸變量比正回火預(yù)處理的要大。表中還發(fā)現(xiàn),820 ℃淬火的畸變量比780 ℃淬火的畸變量大的并不多,最大不超過10%。這說明淬火溫度對(duì)畸變的影響遠(yuǎn)大于預(yù)備熱處理。

      對(duì)采用油冷卻的二次淬火的畸變量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)降低17CrNiMo6鋼的淬火溫度,其畸變量反而增加了26%,這可能是因?yàn)轭A(yù)備熱處理對(duì)17CrNiMo6鋼的畸變量影響較大,占主導(dǎo)作用;降低18CrNiMo7-6鋼的淬火溫度,畸變量減小了13%;而12Cr2Ni4鋼的畸變量少了45.5%, 這可能是因?yàn)樘岣?2Cr2Ni4鋼的淬火溫度,會(huì)使畸變量大幅增加。

      對(duì)滲碳、一次淬火、二次淬火各道工序的畸變量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)各道工序的畸變量結(jié)果并沒有特別明顯的規(guī)律。對(duì)17CrNiMo6、18CrNiMo7-6兩種材料的四個(gè)試樣的畸變?cè)囼?yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,發(fā)現(xiàn)滲碳工序的畸變量占總畸變量的37.6%,一次淬火占34.8%,二次淬火占27.6%。一直以來認(rèn)為畸變主要在淬火工序,這種想法確實(shí)值得商榷。

      3.2 第二爐的數(shù)據(jù)分析

      表3是17CrNiMo6、18CrNiMo7-6鋼的畸變量結(jié)果,二次淬火的溫度為820 ℃,分別進(jìn)行滲碳+一次淬火和滲碳+二次淬火工藝(由于設(shè)備故障,滲碳工藝?yán)鋮s時(shí),冷到800℃以后是斷電爐冷的)。

      從表3的結(jié)果發(fā)現(xiàn),17CrNiMo6鋼二次淬火的畸變量比一次淬火的畸變量增大了23.6%,而18CrNiMo7-6鋼一次淬火的畸變量比二次淬火的畸變量降低了48.9%,這可能是預(yù)備熱處理和淬火方式疊加影響的結(jié)果。

      比較18CrNiMo7-6鋼不同預(yù)處理方法對(duì)畸變量影響,發(fā)現(xiàn)該鋼一次淬火的畸變量比二次淬火降低了48.9%;而17CrNiMo6鋼由于預(yù)處理工藝相同,一次淬火的畸變量比二次淬火僅降低了19.1%。 兩種材料畸變量有較大差異,這主要是因?yàn)?8CrNiMo7-6鋼的畸變量是預(yù)處理和淬火方式疊加的結(jié)果。因此,預(yù)備熱處理方式和淬火方式的疊加,對(duì)畸變量的影響效果更為顯著。

      從表3的結(jié)果看,二次淬火工序的畸變量占的比例相當(dāng)大,特別是滲碳后一次淬火,淬火工序的畸變量占的比例更大,這可能是設(shè)備故障的問題。另外,需要強(qiáng)調(diào)的是滲碳工藝的畸變量雖小,但與第一爐結(jié)果相比,總的畸變量并沒有減小。

      4 結(jié)論

      1)滲碳淬火畸變的過程特性符合過程函數(shù)的特性,工藝過程的總畸變量是各道工序畸變量的累加,減少滲碳淬火工序可以大幅降低畸變量。結(jié)合預(yù)備熱處理方法,其降低畸變量的效果更好;

      2)降低淬火溫度可以降低畸變量,而且淬火溫度對(duì)畸變的影響大于預(yù)備熱處理;對(duì)于二次淬火工序,17CrNiMo6鋼在不同的預(yù)備熱處理方法疊加時(shí),反而出現(xiàn)了降低淬火溫度畸變量增大的現(xiàn)象,可能是因?yàn)轭A(yù)備熱處理的影響占主導(dǎo)地位;

      3)選擇正確的熱處理工藝方法進(jìn)行疊加,可以使?jié)B碳淬火畸變量的降低效果更為明顯。

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