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          42CrMo4鋼鍛輾齒圈的調質處理

          2021-05-18 16:34 admin
                42CrMo4鋼是含碳量為0. 38% ~ 0. 45%的中碳合金結構鋼,一般用于制造大型齒輪、大型齒圈、齒輪軸等重要零件,經過調質處理后,能獲得良好的綜合力學性能。根據生產實踐經驗,鋼的含碳量大于0. 40%、Ms點溫度<3301時,鋼制零件有淬火開裂的危險。42CrMo4鋼是一種淬透性較好的鋼,同時有淬火開裂的傾向。因此, 42CrMo4鋼鍛輾齒圈通常采用油冷或水淬油冷雙液淬火。但是,受到淬火冷卻設備的限制,我們采 用了無機水溶性淬火液來代替油冷淬火,這樣就強化了42CrMo4鋼淬火時的冷卻能力,同時也增加了鋼在淬火時開裂的危險性。所以,在編制熱處理調質工藝時,應著重考慮如何保證齒圈在調質淬火時不產生裂紋的前提下獲得良好的綜合力學性能,特別是低溫沖擊韌性。

               42CrMo4鋼鍛輾齒圈曾在調質過程中產生過淬火裂紋,經過對調質工藝的不斷改進,增加淬火液濃度為8% ~ 10% ,改進淬火冷卻工藝參數,徹底解決了淬火開裂難題。經調質處理后,齒圈的綜合力學性能良好,產品質量穩定。
          熱處理工藝

               鍛件鍛后為了細化晶粒,改善組織狀態,為調質處理做好組織準備,鍛件在電阻爐中進行了鍛后熱處理,鍛件經粗加工后,進行超聲檢測(內控)。調質前齒圈的粗加工尺寸為0 2 358/2 051 mm x 156 mm0
          工藝進行調質處理。

               齒圈在井式熱處理爐中加熱,每爐裝人1掛,每掛6件,工件之間用50 mm厚的墊鐵支墊,使工件在加熱或冷卻時溫度均勻。42CrMo4鋼制零件在正常調質處理的淬火冷卻工藝中,一般采用油冷淬火或水淬油冷淬火工藝。由于受萍火油槽的限制,需要采用淬火液調質淬火冷卻,為了預防齒圈產生淬裂缺陷,
          采取了以下技術措施:
          (1) 工件淬火保溫出爐后,在空氣中預冷使工件表面溫度降至約780T左右,再進人淬火液中冷卻。
          (2) 工件在淬火液中冷卻一定時間后,提出工件空冷1.0 min ~1.5 min,減少工件截面溫差,再進人淬火液中繼續冷卻一定時間,再次提出空冷,這樣反復幾次。
          (3) 控制工件淬火冷卻時的終冷表面溫度在 230T左右。
          (4) 工件淬火冷卻后,必須及時裝爐回火,消除淬火產生的熱應力和組織應力。

               在鋼的Ms點溫度附近進行低溫回火保溫,使工件外部加熱升溫回火,使內部繼續降溫轉變。
          調質工藝的改進

               為了預防42CrMo4鋼齒圈調質處理時產生表面裂紋,首先采用了預冷淬火、降溫淬火措施。工件淬火保溫出爐后先在空氣(或爐)中緩慢冷卻到略高于點溫度,然后再投人淬火液中急冷通過奧氏體最不穩定的溫度區間,目的是減少淬火冷卻過程中產生的熱應力。但是操作者掌控困難,兩種工藝方法生產的齒圈都有淬火裂紋產生,必須進一步改進齒圈的調質工藝,
          經過研究,把調質過程的完全淬火改為亞溫淬火。把齒圈加熱到A., ~札臨界溫度之間,保 溫后快速淬火冷卻,獲得過剩相鐵素體和馬氏體的雙相組織。為了獲得良好的力學性能,適當降低回火的溫度,使鋼具有更好的強韌化效果。42CrMo4鋼齒圈亞溫淬火調質工藝。亞溫淬火調質處理后的力學性能。
          淬火裂紋原因分析
               42CrMo4鋼鍛輾齒圈調質處理后,檢驗人員在進行目視檢查表面質量時,在齒圈端而發現數條細小的裂紋缺陷,裂紋分布在離內孔表面約 10 mm-20 mm的范圍內也有少裂紋分布在離外圓表面10 mm ~20 mm的范圍內。裂紋沿齒圈的纖維方向分布,長短不一,寬度微細,形似發絲,深度較淺,多數能夠加工去除,個別存在裂紋殘留,只能做報廢處理。
          雖說我們采取f預冷淬火、降溫淬火、亞溫淬火、縮短淬火冷卻時間、提高淬火終冷溫度、淬火后及時回火消除淬火應力等一系列預防淬裂的措施,但是42CrMo4鋼齒圈的淬火裂紋還是沒有徹底根除,在生產中還偶爾產生。為此,我們對淬火所用的淬火液和肉來水的冷卻特性進行了外委測試。

               兩者的冷卻特性差異甚微, 淬火液的冷速和自來水基本相同,這就是 42CrMo4鋼街圈調質淬火時產生淬火裂紋的根本原因。鍛輾環形鍛件在靠近內孔附近的K域較外圓附近區域鋼的純凈度較低,存在作金屬夾雜物等冶金缺陷,這些缺陷也會成為淬火開裂的裂紋源,在淬火應力的作用下,冶金缺陷擴展延伸而形成淬火裂紋,這也iH址齒圈淬火裂紋多產生在內孔端面附近的原因之一 42CrMo4鋼鍛輾齒圈淬火裂紋的宏觀形貌,在淬火裂紋部位取樣進行金相觀察發現,打部分非金屬夾雜物沿裂紋延伸方向分布,并且在裂紋周圍出現嚴重的氧化脫碳現象和晶粒粗化這種裂紋在調質處理前巳經存在,但在加工過程中沒行被發現.在調質淬火應力作用下被進一步擴展才顯示出來。


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