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礦用汽車大型鍛件鍛后熱處理

文章來源:sjzwx 更新時間:2015-08-11 08:46:04

 大型鍛件的白點和氫脆缺陷的危害性很大,所以大型鍛件鍛后要求防止白點和氫脆的熱處理,同時,去除鍛造應力、降低硬度、細化晶!,F將我們對大型鍛件鍛后熱處理有關白點的認識,撰寫成文以供參考。

    1有關鋼中白點的基本概念
    1.1白點的危害性白點是鋼中氫所引起的一種內部裂紋,固態鋼中含氫量過高時,鋼顯著變脆,從本質來看,白點也屬于脆性破壞。白點的存在使鋼的力學性能,特別是橫向的塑性和韌性急劇降低,成為最危險的斷裂源,嚴重影響零件的使用性能和壽命。所以,鍛件中一旦發現白點,則該鍛件必須報廢。
    1.2白點的形貌在鍛件的縱向斷裂面上呈現為邊緣清晰的圓形或橢圓形銀白色斑點;在橫向低倍試片上為發絲狀小裂紋,長度幾毫米,最大幾十毫米。
    1.3白點產生的條件及形成溫度在鍛造后,鋼中的氫與應力(變形應力、熱應力、組織應力,特別在組織應力)聯合作用下產生的。白點的形成溫度是鍛件毛坯冷卻到比較低的溫度時約在250℃至室溫這一范圍。
    1.4氫和應力在形成白點中的相互關系文獻[2的作者指出:“鋼中含有足夠數量的氫是形成白點的必要條件,內應力的存在具有促進白點形成的作用,因此過飽和的氫含量是產生白點的‘元兇’,而內應力則是‘幫兇’。”非常透徹地說出了二者產生白點的相互關系。
    1.5白點的三大特點1)白點從來不在鍛件的表面形成。根據有關資料表明,其形成總是在鍛件內部,含有白點的區域離鍛件表面總有相當一段距離,約5O毫米的部位;2)白點是在鍛后,當鍛件冷卻到比較低的溫度250℃至室溫時形成;3)白點不是瞬間形成,而是逐漸形成的。從停鍛到出現白點,需要經歷一段時間,這段時間稱之為白點形成的孕育期或潛伏期。孕育期的長短取決于鋼的含氫量,同時也取決于鍛件的厚度。
    2大型鍛件的鍛后熱處理鍛造成形后,隨即進行的熱處理稱之為鍛后熱處理。大型鍛件的鍛后熱處理其目的主要是為了去應力、重結晶細化晶粒,并同時去氫。
    2.1重結晶處理大型鍛件經過多次重結晶處理,使晶粒細化,組織改善,性能得到提高。
    2.2去氫退火將鍛件中的氫降低至極限含氫量以下,并使其分布均勻,以免除白點、氫脆的危險。由于氫在7相和a相中的溶解度和擴散系數不同,特別是氫在a相中的溶解度低,而擴散系數大,這就使得在退火過程中氫得以不斷向外擴散。去氫退火往往與重結晶合并進行。去氫退火的溫度通常在650℃。退火后應盡可能慢速冷卻,以防止新的內應力產生。一般冷卻分為兩個階段:400℃以上,由于鋼的塑性好,內應力不易形成,所以冷卻可快一些;400oC以下,冷速就要放慢。對于合金元素較多、性能要求較高的鍛件,鍛后要求進行一次甚至多次重結晶熱處理,以便改善鍛件的組織和性能。
    3減少鋼中含氫量的途徑和措施不同鋼種的鍛件對白點的敏感程度不同。影響鍛件敏感性的因素主要是鋼的含氫量,鋼的含氫量越高,白點敏感性就越大。鋼中的氫可以呈原子狀態、分子狀態或化合物狀態存在,對形成白點有決定作用的是原子氫。防止白點產生的根本方法是減少鋼的氫含量,使鋼中殘留的氫限制在鋼無白點的極限氫含量以下。
    3.1減少鋼中氫含量主要途徑(1)煉鋼對鋼液進行真空脫氣或采用真空澆鑄的方法,對某些有更高要求的鍛件,可采用電渣重熔的工藝進一步提高鋼材的純凈度。(2)鍛后熱處理:去氫退火,使鋼中的氫擴散出去。
    3.2防止白點的措施防止鋼中形成白點的方法包括兩個方面:一是設法盡量減少鋼液中的含氫量,并創造條件使氫氣從鋼坯中擴散逸出;二是減少冷卻時鋼坯中所產生的內應力,特別是組織應力。為了減少鋼材的含氫量,冶煉中盡量少用或不用嚴重銹蝕的廢鋼;使用新焙燒或經過加熱的石灰;使用經過加熱的鐵合金;煉鋼工具要經過充分干燥和烘烤,澆鑄系統要千燥;鋼水溫度不可過高,以免過分吸收氫氣,保證足夠長時間和足夠有力的鋼液沸騰,以有利于脫氫。爐渣不可太稀,終渣要適當粘稠些等。
    4大型鍛件鍛后免去去氫退火對氫含量要求(1)控制鋼材的含氫量。國內、外有關行業(鍛造、熱處理)一致公認鍛件的氫含量在(2--3)×10以下時,可以避免產生白點。因此,1)對于一般大型鍛件含氫量≤(2)×10時;2)對于重要的大型鍛件含氫量(1~1.5)×1O時。這時鋼中的含氫量已降至鋼無白點的極限含氫量以下,所以不會產生白點,可不做鍛后熱處理去氫退火,但不能忽略必須做重結晶。鍛后熱處理去氫退火是鋼液在冶煉中,冶煉工藝落后、水平低下的產物。(2)目前國內特鋼鋼材純凈度的水平。鋼液的純凈度是保證鍛件的關鍵環節。目前,我國主要特鋼企業通過生產裝備的引進和技術改造,生產工藝及技術水平有了很大的提升,通常采用的冶煉方法是:電爐粗煉+二次精煉。二次精煉的方法通常采用噴粉法、真空碳脫氧法(VCD)、鋼包精煉法(VAD、CF)、大氣吹氧氬脫碳法及電渣重熔等方法。通過二次精煉,可以將鋼中氫、氧、氮控制在很低的水平。目前純凈度可以達~IJEH]≤(2)×lo~、[o]≤(15)×lo一、[N]≤(5O)×lo_。。;純凈度已達到國際先進水平。當鍛件氫含量在(3~7或更高)×lO時,毫無疑問,大型鍛件鍛后熱處理必須在鍛造成型后立即進行鍛后去氫退火。
    5大型鍛件鍛后免去去氫退火的實例(1)山東濟南伊萊特重工有限公司。山東濟南伊萊特重工有限公司與西班牙海斯坦普集團共同投資組建的大型鍛造企業,嚴格按照“制坯一環鍛一熱處理一機加工一探傷”等各工序,提供風力發電齒圈類鍛件的碾環加工。伊萊特對所用鋼材的氫含量做了嚴格規定,氫含量≤(1~1.5)×10一,可以完全避免產生白點,所以鍛后熱處理不做去氫退火,該公司國外訂單較多,生產至今,尚未發現一例是由于沒做鍛后熱處理去氫退火而產生白點的鍛件,也沒有因為不做去氫退火而產生白點報廢的產品。(2)河北匯工機械設備有限公司。河北匯工機械設備有限公司是生產進口礦用汽車輪邊減速器總成、發動機分動箱總成(PTO)、變速箱分動箱總成(PTO)、以及工程機械重載齒輪為主的專業廠。借鑒美國齒輪行業對大型鍛件鍛后熱處理的先進經驗,我公司在采購鋼材和國內有關的特鋼企業簽訂技術協議時,明確提出對鋼材純凈度的要求:I-H]≤(2)×10一、[o]≤(15)×10~、[N]≤(5O)×10~。對于大型鍛件含氫量進一步控制在≤(2)×10和≤(1~1.5)×10之間,完全可以避免白點的產生。所以不再對鍛造廠提出去氫退火的要求,而只是進行一到兩次重結晶熱處理。生產至今,還沒有發現因為沒有去氫退火而發現鍛件產生白點,及產品報廢的惡性事故發生。另外,這些鍛件生產的齒輪在長期的使用中一直正常使用。(3)一汽和二汽車橋廠(公司)。據筆者所知,國內一汽二汽的車橋廠(公司)生產的齒輪,由于對齒輪鋼純凈度的要求很嚴,因此,其鍛件也在鍛后免去了去氫退火。
    6大型鍛件鍛后熱處理中的注意事項(1)鋼材的采購及儲備。在采購鋼材時應在春夏秋冬的季節上加以選擇,為了保證鋼材在純凈度方面達標,避開每年中的梅雨季節對鋼材的影響,在鋼材數量上要有一定量的儲備,在確保質量的前提下以備急需。(2)白點的敏感性。鍛件在冷卻過程中,其表面的氫容易擴散逸出,而心部的氫則不易排出。所以鍛件截面越大,越容易產生白點。隨鍛件截面的增大,鋼的偏析程度也越嚴重,更容易促使白點的形成。鍛件表面積越大,氫的析出越容易。因此,空心鍛件(如齒圈)比實心鍛件(如齒輪軸)的白點敏感性要小。含碳量小于0.3的低碳鋼白點敏感性極低。隨著含碳量的增加,鋼的白點敏感性增加。鍛件鍛后冷卻速度越快,白點敏感性越大。1)不產生白點的鋼:如奧氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體一鐵素體鋼、萊氏體鋼。一般正常生產條件下的含碳量小于0.39/6、含錳量小于0.6的碳素鋼也不會形成白點。因此對這類鋼沒有必要在鍛后做去氫退火;2)對白點敏感的鋼:珠光體鋼白點敏感性較小,馬氏體一珠光體鋼白點敏感性較大,馬氏體鋼白點敏感性最大。如:20Cr2Ni4、18Cr2Ni4W、20CrNi2MO、40CrNi2MO、40CrNiMO等。馬氏體鋼白點極限含氫量為≤(1.8)×l0~。(3)對已產生白點而報廢的大型鍛件進行改鍛。對已產生白點的鍛件,可以通過改鍛等熱加工方法加工成尺寸更小的零部件毛坯,改鍛后的小尺寸鋼坯需要進行緩冷和退火,可挽回一部分報廢的鋼材。(4)交付鍛件的同時提供質檢報告。鍛造廠在交付鍛件的同時,必須出具:1)純凈度rH]、[N]、[O]含量;2)化學成分、力學性能;3)鍛造比;4)超聲波探傷等相關內容的質檢報告。
偉新鍛造