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鍛件鋼材正火后混晶嚴重?這是一場實戰的較量 ?。。?!

一、合理選擇鍛造溫度的重要性


鍛造溫度的高低對于鍛造后的組織影響很大,同時對于后續的預處理也有很大的影響。始鍛溫度過高,不但氧化、脫碳嚴重,還會引起過熱、過燒,極易造成材料的組織粗大,甚至形成穩定化過熱的粗大組織。這種組織具有遺傳性,采用正常的預處理很難消除。粗大晶粒將使鍛件的塑性和韌性降低,疲勞性能明顯下降。

終鍛溫度偏低,組織難以回復再結晶,便會形成纖維組織和帶狀組織,甚至出現貝氏體、馬氏體等非平衡組織,帶來組織遺傳,使后期熱處理晶粒長大不均勻,同樣會造成晶粒粗大。另外,還必須控制鍛造過程的一次變形量,以免在臨界變形量范圍內形成粗大的晶粒組織。終鍛溫度過低,甚至使坯料在鍛造過程中開裂,或在坯料內部產生較大的殘余應力,致使鍛件在冷卻過程或后續工序中產生開裂。

鍛造溫度范圍是指始鍛溫度和終鍛溫度間的一段溫度間隔。在鍛造溫度范圍內金屬具有良好的可鍛性(足夠的塑性、低的變形抗力等)和合適的金相組織。從提高塑性和降低變形抗力出發,希望盡可能提高金屬的加熱溫度,但從保證產品質量,避免加熱中產生缺陷出發,加熱溫度太高又不好。為了減少火次,節約能源并提高勞動生產效率,希望終鍛溫度低些,力求擴大溫度范圍。但是終鍛溫度過低,也會產生缺陷。這些因素都是相互矛盾和制約的,因此確定終鍛溫度應全面考慮。

鍛造加工能保證金屬纖維組織的連續性,使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致,金屬流線完整,可保證零件具有良好的力學性能與高的使用壽命。

合金成分越高,終鍛溫度也越高。高合金鋼種類繁多,情況比較復雜,其終鍛溫度一般較碳素鋼高得多(約100℃),主要原因是隨著溫度的降低,變形抗力劇增,而塑性變壞。當終鍛溫度過高時,鍛件的低倍有粗晶現象,沖擊韌度值不合格,這是由于停止鍛造時的溫度過高,晶粒度繼續長大,鍛后冷卻時出現非正常組織,因而降低了力學性能,尤其是沖擊韌度。


二、正火后混晶嚴重


江蘇雙環齒輪有限公司是一家專業生產汽車齒輪、摩托車齒輪、電動工具齒輪、工程機械齒輪的企業。許多齒輪的毛坯都是公司內部鍛造分廠鍛造的,內部鍛造的優勢是便于對鍛造過程進行控制,提高新產品開發的速度,可以達到公司內部的質量要求。我們在開發某廠家的減速齒輪時,在正火后發現混晶嚴重,基于此問題,本文對鍛造過程進行分析并找到原因,以保證項目順利進行!


三、鍛造過程分析


開發的減速齒輪,材料是20MnCr5鋼,加工流程為:鋸床下料→中頻感應加熱→拍扁→預鍛→沖孔→碾環→電動螺旋壓力機鍛造1→電動螺旋壓力機鍛造2(整形)→風冷→等溫正火。

經過調查,始鍛溫度為1180℃±30℃,終鍛溫度為790~830℃(產品鍛造后毛坯顏色見圖1)。我們調查同種材料其他工件始鍛溫度差不多,而終鍛溫度達950~1000℃(產品鍛造后毛坯顏色見圖2)。只有終鍛溫度有區別,終鍛溫度高,正火金相合格;終鍛溫度低,正火金相不合格;難道正火金相與終鍛溫度有關?

圖1  終鍛溫度790~830℃毛坯顏色 


圖2  終鍛溫度950~1000℃毛坯顏色


于是我們根據這種現象做了幾個試驗,正火溫度客戶規范都是控制在950℃±10℃,正火溫度只能在940~950℃之間選擇。由于我公司等溫正火設備最高加熱溫度是950℃,因此我們設置最高正火溫度為940~950℃。

1)采用兩遍正火。一遍正火金相組織如圖3所示;二遍正火金相組織如圖4所示。

圖3  一遍正火金相組織


圖4  二遍正火金相組織


2)對于鍛造后的毛坯采用680℃±15℃、保溫3h后空冷,然后正火。高溫回火加正火金相組織如圖5所示。

圖5  高溫回火加正火金相組織


3)提高始鍛溫度,對于鍛造后的毛坯,放入有耐火石棉包溫的保溫框(產品鍛造后毛坯顏色見圖6)。試驗參數如下:始鍛溫度為1200℃±30℃,對鍛造過程進行優化,最終確定終鍛溫度為820~850℃。高溫鍛造,余熱退火加正火金相組織如圖7所示。

圖6  鍛造后毛坯顏色


圖7  余熱退火加正火金相組織


四、試驗結果分析

根據本次試驗結果可以看出:毛坯終鍛溫度低,毛坯顏色藍中發青,氧化皮很少;對于終鍛溫度高,毛坯呈深藍色,氧化皮很薄,均勻;對于鍛造后放入保溫桶中保溫,去應力退火,顏色發灰,并且氧化皮較厚。二遍正火與高溫回火加一遍正火效果差不多;金相組織最好的還是適當提高始鍛溫度,再加上余熱退火,但這種處理方式的金相組織與終鍛溫度>950℃的差不多。


分析原因:對于20MnCr5材料,終鍛溫度在790~830℃時,終鍛溫度偏低,可能造成鍛造后的應力沒有完全消除,再結晶不完全。本試驗證明,終鍛溫度高對于消除鍛造應力、再結晶效果好,可以保證正火后的金相組織。對于客戶正火規范為什么是950℃±10℃,我們對于沒有正火的產品采用中碳鋼正火工藝,正火溫度為890℃±10℃,正火后金相組織與終鍛溫度在950~1000℃時一樣,我們也發現有些產品毛坯是外購件,來料檢測正火金相組織、硬度、晶粒度都是合格的,但是滲碳淬火后發現齒輪心部組織粗大、混晶,經過調查也是采用低于900℃的溫度正火。正火溫度高對于鍛造過程產生的缺陷有很好的消除作用,正火溫度低對毛坯鍛造形成的缺陷改善少,隨后在長時間滲碳過程中由于應力釋放,造成組織異常。因此,采購毛坯時應指定正火規范,尤其是對正火溫度的規定。


五、結束語


根據這次新品開發我們得到的經驗如下:
1)對于開發新品,訂購新的鍛造生產線,應該保證:根據鍛造材料,提出始鍛溫度、終鍛溫度、生產節拍,鍛造設備廠商會根據生產企業要求的始鍛溫度、終鍛溫度、生產節拍,選擇合適的鍛造方式、鍛造設備,也會根據其經驗建議生產企業選擇合適的中頻感應加熱設備。

2)根據滲碳溫度確定正火溫度,而不是只要正火檢測合格就可以,盡量選擇高溫正火。

3)終鍛溫度的高低對于隨后的正火金相組織影響很大。由于鍛造設備的局限,開發新產品會遇到各種問題,只有對問題具體分析,找出變量,才能開發出合格的產品。


參考文獻:略。

作者:郝豐林,江蘇雙環齒輪有限公司

          蔣勇,蘇州工業園區久禾工業爐有限公司

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2021年7月21日 3:35 董Φ钢管厂13337883086 [江苏省常州市网友]

锻件钢材正火后混晶严重?这是一场实战的较量 !!!!

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