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CrMo钢-30CrMo合金钢的热处理工艺
作者:聚晋021-36511970     点击:2577     发布时间:2011-09-08

30CrMo钢轴套是出口的重点产品,其定货量大,生产周期短,有很好的市场前景。但因该轴套属厚壁件,而30CrMo钢又是低合金钢,故调质处理后轴套的力学性能不稳定,有时甚至要反复热处理。针对这种情况,在轴套的热处理工装设备、淬火工艺及原材料质量等方面作了改进,取得了良好的效果。1、轴套的使用状况及技术要求轴套一般用于运动部件的连接,其外圆与孔为过盈配合,内孔与销轴为间隙配合。由于轴套负载后加上设备自身的重量,轴套承载很大,并且运行过程中轴套还会受到一定的冲击力,所以销轴与轴套是在重载及有一定冲击力且转速较慢的条件下工作,要求销轴与轴套表面有较高的耐磨性,心部有良好的强韧性等性能。2、轴套生产轴套生产工艺路线:锻造---粗加工---检验---热处理---检验---化学成份检测---机加工---检验---成品。由于30CrMo为中碳低合金钢,淬透性差,且力学性能要求又高,往往因性能达不到要求而多次返工。(1) 初次淬火出现的问题及分析本次生产的轴套主要成分为 (质量分数% ) :C:0.29~0.31,Cr:0.82~0.91,Mo:0.16~0.18。依据协议规定,我们将取样部位留放在工件吊孔的上部,在井式炉中处理。热处理工艺为:900℃±5℃正火,860~870℃水2空交替冷却淬火,630~640℃回火空冷。对上述规格的轴套进行处理后,抽检件对应的淬火水温和热处理结果如表4所示。由表4可知,除了强度差距较大外,表面硬度、断后伸长率、断面收缩率、冲击韧度均基本符合要求。经过分析,发现存在下述问题:现有工装中销子堵塞工件内孔,里面的水循环不畅,冷却水温度较高,不能很好控制入水、出水温度,冷却能力有限。水2空间歇冷却方式对于壁厚件来说,冷却能力明显不足。(2)淬火温度及环境的控制如上所述,30CrMo钢轴套厚壁、长径比大,而第一批热处理用井式水槽容积小,水循环能力有限,冷却时水2空气间歇冷却的冷却能力不足,致使热处理后强度达不到要求。为此,在工装、热处理工艺、淬火水温的控制和水循环等方面进行了改进。首先,要改善内孔冷却情况,必须认真研究吊孔处的结构。该批轴套内径为200~300mm,而销孔直径为 160~200mm,也即销子比销孔细20~30mm。粗略计算,内孔的大部分空间已被堵塞,致使腔内冷却介质循环不畅,严重影响了内腔的冷却。这是导致工件淬透能力不足的重要原因。其次,鉴于技术要求中零件长度可以大于5m而不受限制,及井式炉用水槽容积小,循环能力不足的情况,决定采用台车炉进行处理。因台车炉用淬火水槽尺寸大,冷却效果比井式水槽好得多,水循环状况也相对较好。另外,将淬火工艺调整为 870℃加热、水冷到淬火水温,630~640℃回火后水冷。处理后轴套的性能列于表5。从表5看,冷却效果增强,轴套的强度、截面硬度有不同程度的提高,基本达到协议规定的要求。另外,试块检测采用ASTM 标准,即大拉力试棒。(3)材料成分的控制合金元素如C、Cr、Mn、Mo都能提高钢的淬透性。由于上一批材料冶金质量控制不严格,有时Cr、Mo的含 量甚至低于下限。在生产第二批30CrMo钢轴套时,为了稳定热处理质量,从冶金质量着手,对合金元素加以严格控制。其主要化学成分及最终性能抽检结果见表6。由表6可知,该批轴套的化学成分与上一批有一定差异。上一批30CrMo钢的C r、Mo含量比这一批低。上一批的最高Cr含量为0.93%,最高Mo含量为0.20 %。这批的Cr含量下限值为0.95%,Mo均为0.21%。这批产品除个别件硬度稍低作让步使用外,虽然轴套形状有大有小,长径比也有一定差异,但力学性能均为一次热处理合格,这与冶炼时合金元素的严格控制有着必然的联系。因此,保证合金元素Cr、Mo的含量这一点值得今后生产类似产品时借鉴。3、结束语热处理工艺改进、设备调整后,共处理轴套200余件,基本解决了轴套性能不合格、开裂或变形超差的问题,热处理合格率达到95%以上。同时装车试验表明,完全达到工作性能要求,大大提高了工作效率,缩短生产周期,降低成本,为公司取得了可观的经济效益。从生产过程中热处理问题的解决得出:(1)对性能要求较高的30CrMo钢厚壁轴套,若淬火冷却能力不足会导致性能达不到要求。要保证足够的冷却能力,要从设备方面考虑,保证淬火介质温度和循环烈度。(2)对性能要求较高的产品,若合金元素特别是Cr、Ni、Mo的含量过低会导致热处理多次返工,不仅浪费人力、物力,而且对产品的组织和性能也将产生不利影响。例如合金元素Mo,不仅能提高钢的淬透性,还可防止高温回火时发生第二类回火脆性。因此,今后对于屈服强度要求高的产品,要严格控制提高淬透性的合金元素的含量。
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