大型铸钢件中频淬火工艺试验

2010-07-25 07:42王明礼孙小东陈翠丽王丽霞孙运玲
轴承 2010年9期
关键词:铸钢件淬火工件

王明礼,孙小东,陈翠丽,王丽霞,孙运玲

(洛阳LYC轴承有限公司 技术中心,河南 洛阳 471039)

与锻件相比,铸件内部存在着大量的气孔、砂眼,而且还存在着比锻件严重得多的疏松等铸造缺陷,在对其进行中频淬火加热过程中,这些气孔和严重的疏松部位将会形成局部涡流,致使缺陷处温度过高,极易导致淬火裂纹。为了解决铸件中频淬火这一技术难题,对铸钢试样进行了中频淬火工艺试验,以期得到理想的铸件中频淬火工艺。

1 试验材料

试样材料为ZG42CrMo,铸造后经正、回火处理,尺寸为400 mm×200 mm×200 mm,其化学成分见表1;技术要求:表面硬度为55~62 HRC,硬化层深度为5 mm,表面无淬火裂纹。

表1 中频淬火试样的化学成分 %

2 工艺试验及检测

2.1 1#~6#试样中频淬火试验

1#~6#试样的试验工艺参数见表2,采用的淬火设备是BPSD-100/2500。按表2中的6种淬火工艺试验后,对试样进行了回火处理,回火工艺为(170±10)℃×4 h。对回火后的试样进行了表面着色探伤、硬度及硬化层深度检测,结果见表3。

从表3可以看出:除4#试样淬火后表面无裂纹外,其余5个试样表面均存在着不同程度的裂纹。

表2 1#~6#试样中频淬火工艺参数

表3 试验检测数据

从表3还可以看出,除了3#,6#试样的硬化层深度符合要求外,其余试样的硬化层深度均未达到技术要求。尽管3#,6#两个试样的硬化层深度能够达到技术要求,但是,由于这两个试样采用的工艺是低速和偏高温度,故试样淬火后均出现了淬火裂纹。4#工艺虽然没有出现淬火裂纹,但由于试验采用了较快的工件移动速度,因此,硬化层深度及硬度均未达到技术要求。

2.2 7#~9#试样中频淬火试验

为了解决淬火裂纹的问题,通过降低中频淬火温度对7#~9#试样进行了中频淬火工艺试验。采用的淬火设备仍为BPSD-100/2500,7#~9#试样试验工艺参数和检测结果分别见表4和表5。

从表5可以看出,经过着色探伤检验,7#,8#,9#试样中频淬火后均未发现淬火裂纹,但是,由于淬火温度较低,3个试样的表面硬度和硬化层深度均没有达到技术要求。

表4 7#~9#试样淬火工艺参数

表5 7#~9#试样试验检测数据

2.3 11#~15#和21#~25#试样中频淬火试验

为了找到能够满足产品技术要求的理想中频淬火工艺,对原有的中频淬火工艺进行了比较大的改进:(1)为工件在淬火前增加预处理工艺;(2)采用PAG作为中频淬火的冷却介质;(3)降低淬火设备的频率;(4)采用低温起步的淬火工艺。

试验工艺参数见表6,检测结果见表7。

表6 试样工艺参数

表7 试验后检查情况

从表7的检验结果可以看出,通过改进工艺后,所有试样均未发现淬火裂纹;除13#~15#,25#试样外,其余试样的硬度、硬化层深度均符合技术要求。

3 结果分析

从以上工艺试验的检验结果可以看出:

(1)中频淬火前的预热处理有效地避免了淬火裂纹的产生,并且明显增加了硬化层深度。这是由于预热处理可以有效地降低淬火时快速加热产生的热应力,从而避免了裂纹的产生。由于预处理可以给后续的淬火加热积蓄热量,使中频淬火加热层深度增加,因此,显著提高了淬火后的硬化层深度。

(2)硬化层深度随着淬火频率的降低而增加。由文献[1]知,在材料的ρ和μ一定时,频率f越低,电流透入深度δ越大,淬火后得到的硬化层也就越深。

(3)使用PAG得到的硬化层深度比用聚乙烯醇淬火后的硬化层深度明显增加。PAG是聚氧化乙烯和聚氧化丙烯的共聚物,调整两者的比例,可以得到70~88℃的逆溶点。随着温度的上升,溶解度下降。由于逆溶性的存在,工件在淬火时,经过蒸气膜阶段和沸腾阶段后,工件周围的液体温度高于逆溶点,PAG析出并在工件表面形成一个PAG的溶质膜。PAG的浓度越高,则该膜就越厚,溶液从工件脱热的能力就越差。这就是PAG降低低温区冷却能力的机理。即控制PAG的浓度就可以控制PAG溶质膜的厚度,从而可以得到比较理想的低温区冷却能力。

与聚乙烯醇相比,PAG在高温阶段基本保持了水的冷却速度快的特点,低温(300℃以下)阶段冷却速度慢的特点,因此,使用PAG淬火的零件具有较深的硬化层深度和较低的裂纹敏感性。

(4)工件移动速度对硬化层有显著的影响。工件移动速度越低,硬化层就越深。但当采用过低的工件移动速度时,因为工件加热时间长,极易增加工件表面的过热倾向,导致淬火裂纹的产生。由于铸钢材料内部存在大量的气孔、砂眼、严重的疏松等缺陷,这些铸造缺陷对加热温度非常敏感,所以,在对铸钢件进行中频淬火时,不宜采用过低的工件移动速度。

(5)结合生产效率等因素,得到理想的中频淬火工艺为:800℃预热+900℃淬火。在整个淬火工艺中,工件移动速度为130 mm/min,淬火频率为2 000 Hz,淬火介质为6%的PAG。

4 结论

(1)中频淬火前的预热处理能够明显地降低铸钢件的裂纹敏感性,因此,可以有效避免淬火裂纹的产生,同时,还能够增加工件的硬化层深度。

(2)降低中频淬火设备频率,既能够有效增加硬化层深度,又可以降低工件表面过热程度,降低裂纹的敏感性。

(3)PAG淬火介质与聚乙烯醇相比,前者更容易提高工件的硬化层深度,降低工件中频淬火时的裂纹敏感性。

(4)在对铸钢件进行中频淬火时,采用低温起步的方法可以有效防止铸钢件起步裂纹的产生。

(5)铸钢件的理想中频淬火工艺为:800℃预热+900℃淬火。

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