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预防淬火裂纹的方法五:确定合理的加热参数

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人气:73发表时间:2016-11-02 18:03【


在热处理生产中,加热不当是引起淬火开裂的主要因素。因此,对于加热介质、加热速度、加热温度和保温时间等加热参数,应当正确选择和设计。

1.加热介质

淬火裂纹与加热介质有很大关系。最不易发生淬裂的加热炉是真空炉,其次依保护气氛炉、电阻炉、盐浴炉、火焰炉的顺序,发生淬裂的可能性增加。火焰炉是最易产生淬火裂纹的炉型。真空炉不发生氧化脱碳,淬火过程是按程序进行的,因此不易发生淬裂。油炉、煤炉,天然气炉等火焰直接加热工件,增加了淬裂倾向。

需要指出的是,选择加热介质(炉型),应同钢件的重要性和价值联系起来。一般来说,在满足性能要求的前提下,应尽量选择低成本的设备。

2.加热速度

淬火加热速度,应根据零件用钢和工件对变形的要求来确定。一般来说,在不产生开裂且变形程度在允许范围内的前提下,尽量提高加热速度,以减少氧化脱碳,降低能耗,提高效益。

碳素钢、低合金钢和中合金钢快速加热时均无产生裂纹的危险。这是由于快速加热使钢件表面温度升高而膨胀,而冷的心部给表面以压应力,表面因温度升高而软化,可以以塑性变形松弛应力快速加热不仅能大大提高生产效率,而且对防止钢件的淬火变形和开裂起到良好的效果。但是对于形状复杂的零件、变形要求严格的零件是不宜采用快速加热的,甚至要求采用预热措施。

高碳高合金钢塑性差,导热性不良,若加热速度过快,可能在钢件表面产生裂纹。这是由于加热速度过快时,钢件内层温度尚低,而表层已奥氏体化,比体积迅速变小,受拉应力,当拉应力大于材料断裂强度时,则产生裂纹。因而,这类钢应放慢加热速度,或采用中间预热措施。对于大型锻件、大型铸件、形状复杂的高锰钢铸件、不锈钢铸件、高速钢与高碳合金钢零件,目前仍采用限制加热速度或预热措施。例如,高速钢和高铬钢件通常采用一次或二次预热(550-650℃和800-850℃然后高温加热。在实际生产中,为了限制加热速度,可对钢件进行低温装炉,随后逐渐升温到所需的温度。近年来,微机控制的加热炉可以在设定加热速度的指令下,很好地按设定的加热曲线升温,这对于复杂形状的高合金钢件的热处理质量提供了良好的保证。

快速加热通常在960-980℃的炉温下加热碳素钢和低合金钢件,利用加热时间来控制实际加热温度。加热时间的计算详见下节。

3.加热温度

加热温度是淬火工艺中重要的参,对工件的性能有着决定的作用,同时也是影响淬火裂纹的一个重要因素。实践和理论均已证明,钢材的淬火加热温度不是一个固定不变的参数,一般手册中规定的钢材淬火加热温度只是规范性的推荐值。对于某些特定条件下使用的具有一定形状的钢件,不能完全以手册中的数据作最可靠的依据。实践证明,某种钢件最合适的淬火温度的确定,必须以一般性的推荐资料为基础,通过对以下因素进行综合分析,才能提出较合理的加热温度。

1)钢件的服役条件及所要求的主要性能指标。

2)图样对热处理工序提出的主要技术条件。

3)制造时所选用的材质状况。

4)钢件结构状态方面的特气。

5)热处理前各工序的影响因素。

6)现场条件(设备状况,工人素质)。

经过上述分析后所确定的工艺方案,还需要通过现场生产工艺验证和工艺调整后才能最后工艺定型。对于大量成批生产的重要件,还需通过工艺试验,在工作现场进行寿命(或功能)等试验,进行分析对比后才可确定最后的工艺方案。

需要指出,选择淬火加热温度时,还应考虑到工件的形状、所选用的淬火介质等因素。一般来说,形状简单的工件,可采用上限加热温度;形状复杂、易淬裂的工件,则应采用下限的加热温度。当选用冷速缓慢的介质,特别是选用热介质淬火时,应适当提高淬火加热温度。

4.保温时间

保温时间是指在热处理时,工件热透或保证组织转变基本完成所需的时间。确定淬火温度下的保温时间是个复杂的问题。到目前为止,还没有一个可靠的计算方法,一般由试验确定;或根据有效厚度来求出。

工件有效厚度的计算原则是:薄板工件的厚度即为其有效厚度;长的圆棒料直径为其有效厚度;正方体工件的边长为其有效厚度;长方体工件的高和宽小者为其有效厚度;带锥度的圆柱形工件的有效厚度是距小端2L/3(L为工件的长度)处的直径;带有通孔的工件,其壁厚为有效厚度。加热时间还与工件在炉内的排布方式有关。加热系数仪与钢材的化学成分、炉子温度、炉内所用的介质、有无预热等对于高合金钢、高速钢、高合金模具钢的淬火加热保温时间则要适当延长,以保证碳化物的溶解和奥氏体化。

在所有工具钢中,高合金铬钢需要保温的时间最长。然而这类钢的保温时间在很大程度上取决于淬火温度。一般来说,为了在淬火时获得合适的硬度,对淬火温度要求有一定的保温时间。保温时间太短,由于溶入奥氏体中碳和合金量不足,使得淬火硬度偏低;保温时间过长,淬火后将有较多的残留奥氏体,也将使硬度降低。建议保温时间为0.5-0.8min/mm,淬火温度取上限时用0.5min,淬火温度取下限时用0.8min。

热作模具钢,常加热到1000℃以上,以使碳化物溶人奥氏体中。在这样回温下淬火,晶粒长大速度很快,因此,要严格控制保温时间。在盐浴炉中加热时,正常的保温时间为20-30min。

在保温时间内,应使工件透烧,并保证基本完成向奥氏体的组织转变。一般来说,这是保温时间的最低限度。过长的保温时间,不仅耗费能源,增加氧化碳的深度,降低生产效率,而且有过热的可能性,增加淬裂的趋势。传统工艺中的保温时间过长,实无必要。

 




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