朱曉英,莊明輝,王麗華,宋瑞華,錢曉亮,劉典富,單利劍
(黑龍江北方華安工業集團有限公司,黑龍江 齊齊哈爾 161046)
某產品一重要零件,材料為35Cr3NiMoA鋼。由于該鋼種的淬透性好,采用油淬就可完全淬透,從而使鋼件整個截面均得到很高的強度與硬度,并保持一定的韌性。根據產品性能和工藝性能的要求,沿鋼件軸向分布的力學性能要求不同:頭部要求高硬度;中部要求有高的綜合力學性能;尾部要求較低的硬度,以便熱處理后仍可進行切削加工。經過摸索試驗最終確定鋼件熱處理工藝流程為:沖壓→軟化退火→粗加工→淬火→檢測硬度→整體回火→檢測硬度→尾部回火→檢測硬度→整體回火→檢測硬度→精加工。經最終熱處理后,進行鋼件硬度、力學性能、裂紋傾向性檢驗,穿透試驗項目驗收。鋼件尾部回火采用感應加熱工藝,代替了采用鉛爐加熱的原工藝,改善了工作環境。
根據產品性能和工藝性能的要求,零件應有高硬度,要求鋼材必需具有足夠的沖擊韌性,因此材料選用35Cr3NiMoA中碳合金結構鋼。該鋼種的淬透性好,只需采用油淬,就可完全淬透,使鋼件整個截面均得到很高的硬度,并保持一定的韌性[1-3]。試驗用鋼件材料為35Cr3NiMoA,爐號為06-79爐,化學成分見表1,符合規定要求。
表1 35Cr3NiMoA的化學成分Table1 Chemical composition of 35Cr3NiMoA %
最終熱處理后力學性能要求有以下幾點。
1)距鋼件底部82,55 mm處的力學性能要求為:屈服強度≥690 MPa,斷面收縮率≥35%。
2)表面硬度及截面硬度(4,5點)要求見表2。
鋼件最終熱處理后,從每個爐號中選取布氏印痕直徑最小的鋼件1發,經精車外表面,并磁力探傷后,進行浸酸試驗,應無應力裂紋。
從每個爐號中選取1個鋼件,進行穿透強度試驗。若初試不合格,則加倍數量復試,復試仍不合格,則必須查出原因,重新熱處理,再作穿透強度試驗[4-5]。
鋼件工藝流程為:沖壓→毛坯軟化退火→粗加工→淬火→檢測硬度→整體回火→檢測硬度→尾部回火→檢測硬度→力學性能檢驗→精加工。
1)毛坯軟化退火。熱沖壓后的鋼件毛坯,因硬度高,需經軟化退火,以改善其切削加工性能。毛坯軟化退火工藝見表3。
2)淬火、整體回火及尾部回火見表4。
3)力學性能及金相檢測,力學性能檢測結果見表5。其中編號為79-1,79-2,79-3的金相結果一致,組織均為回火索氏體,如圖1所示。
表2 鋼件各點位置及其硬度Table2 Locations of every point of the steel part and its hardness
表3 毛坯軟化退火Table3 Blank softening annealing
表4 鋼件淬火、整體回火及尾部回火Table4 Steel quenching,tempering as a whole and tail tempering
表5 力學性能Table5 Mechanical properties
圖1 79-1,79-2,79-3 金相照片Fig.1 Metallographic images of 79-1,79-2,79-3
4)鋼件裂紋傾向性檢查:79-3 正常[6-7]。
穿透強度試驗后頭部出現斷裂現象,如圖2所示。
圖2 斷裂后毛坯Fig.2 The blank after fracture
分析其出現斷裂的原因為:采用感應加熱爐進行尾部回火,鋼件表面存在加熱區段與非加熱區段間的交界帶。由于感應加熱回火時溫度梯度的變化,使鋼件體積發生熱脹冷縮的變化,造成殘余應力的存在,導致穿透強度試驗后在鋼件頭部出現斷裂現象[8-9]。
解決措施:鋼件尾部回火后增加一次全彈回火,以消除由于溫度梯度而產生的殘余應力,熱處理后力學性能合格,見表5中79-4,79-5。二者金相結果一致,組織均為回火索氏體,如圖3所示。通過穿透強度試驗,結果未出現斷裂現象,如圖4所示。
圖3 79-4,79-5金相照片Fig.3 Metallographic images of 79-4,79-5
圖4 穿透強度試驗毛坯Fig.4 Through strength test blank
鋼件材料采用35Cr3NiMoA,經過摸索試驗,確定了鋼件熱處理工藝參數及工藝流程。熱處理后各項指標滿足了產品性能要求。采用感應加熱爐進行尾部回火,代替原工藝鉛爐加熱,工藝方式可行,同時改善了作業環境。尾部回火后增加一次全彈回火,可消除由于溫度梯度而產生的應力,確保了產品性能和產品質量。
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