軸類鍛件調質處理的伸長變形
作者:admin2021-03-22 16:30:27
鋼鍛件經過粹火加熱和冷卻后，要發生組織轉變，同時產生熱應力和組織應力，會使淬火工件的形狀和尺寸發生變化，形成彎曲、翹曲、伸長、縮短、孔漲、孔縮等畸變。工件熱處理畸變主要是由于金屬在加熱和冷卻過程中的熱脹冷縮，以及金屬相變產生的組織與相變前原始組織比體積不同所致。
結構鋼鍛件經粗加工調質處理后，也會產生彎曲變形，特別是細長軸類鍛件（長徑比>80)的彎曲變形，在生產中時常發生，生產廠家也比較重視。然而，對于大型軸類鍛件調質處理后的伸長變形，則往往被人們所忽視。因為這類鍛件經過調質處理，要在軸端套取試料進行理化檢驗，試驗項目合格后，即把軸端多余的試料切除掉，再轉人加工工序，所以忽略了軸的長度變化。但是，對于兩端有連接法蘭的船用中間軸來說，長度尺寸的變化非常重要，稍有不慎就有可能出現廢品，造成不應有的經濟損失。例如,35CrMo 鋼船用中間軸(外徑420 mm、內孔150 mm、兩法蘭開檔長度6 000 mm-8 000 mm)兩法蘭間開檔長度經過次調質處理后***大伸長變形量可達33 mm，使鍛件沒有精加工余量而報廢。因此，生產中積累軸類鍛件調質處理后的伸長變形數據，掌握伸長變形規律,對繪制粗加工圖,修訂大型鍛件粗加工余量標準，減少廢品損失是有意義的。
35CrMo 鋼大型船用中間軸鍛件的生產工序是：煉鋼→ 鋼錠紅送 一加熱一 鍛造一等溫退火一 粗加工→調質處理→精加工等工序。調質處理采用并式熱處理爐,工件垂直懸掛煤氣加熱,粹火溫度 860℃，保溫后出爐水淬油冷,均在井式水槽和井式油槽中進行,定性回火溫度560℃，保溫后爐冷到300℃出爐空冷。
力學性能試驗結果表明：中間軸的綜合力學性能良好,全部達到了技術條件要求的指標。但是,經調質處理合格的中間軸鍛件,轉序進行精加工時,發現兩法蘭間內檔尺寸已經沒有精加工余量，無法再進行精加工。
測量工具為20 m 鋼卷尺。經粗加工的軸類鍛件，在調質處理裝爐前，測量軸的直徑和長度。直徑尺寸在軸的兩端測量，互成90°，取二次的平均值。長度尺寸在軸的互成90°兩條母線上測量，取測量值的平均值。調質處理后，用相同方法再測量一次。把兩次測量結果計入統計表中，并進行對比，得出該軸經調質后的伸長變形量。為了減少人為的測量誤差，調質處理前后由同一個人用同一把鋼卷尺來進行測量。測量誤差自定為±2 mm,如果調質處理前、后長度在 2 mm 范圍波動，則視為軸的長度尺寸沒有發生變化。
測量軸類鍛件在不同熱處理狀態下的長度變化。我們對軸類鍛件在正火+高溫回火狀態和調質狀態下的長度尺寸進行測量,以期驗證鍛件在以得到驗證；對不同鋼種、不同規格的軸類鍛件,在調質處理前和調質處理后進行長度測量,探索不同鋼種對調質處理后伸長變形的影響；對鋼種相同、規格相同的軸類鍛件,測量其粹火冷卻條件對軸伸長變化的影響,還要測量調質處理次數(兩次調質處理之間不經中問熱處理)對軸伸長變形的影響。
35CrMo 鋼船用中間軸鍛件調質處理后伸長變形的測量。船用中間軸鍛件鍛后經過等溫退火處理。粗加工后外徑為420 mm～440 mm,內孔直徑為150 mm,長度為6 000 mm ～8 060 mm。經過一次調質處理(淬火溫度850~860℃，水淬油冷，回火溫度540-570℃，空冷)后，軸的伸長變形量為14 mm-33mm。
不同材質的軸類鍛件，鍛后經過等溫退火處理，粗加工后，再經調質處理，軸的伸長變形量測量結果可知，34CrMo1A、35CrMo、34CrNi3Mo、38CrMoAIA鋼軸類鍛件，經過調質處理后，都將產生伸長變形，其伸長變形量受鋼的化學成分、鍛件的粗加工尺寸、鍛后熱處理狀態、調質粹火時的冷卻條件(即組織轉變量)的影響。
調質次數對軸類鍛件伸長變形的影響測量。軸類鍛件如果進行重復調質處理，而兩次調質處理之間又未經中間退火，則隨調質次數增加,其軸的伸長變形量也增加。
35CrMo、34CrMo1A 鋼軸類鍛件，鍛后經過等溫退火、粗加工后，再進行正火+高溫回火處理，軸的長度尺寸測量結果在2mm范圍內波動。由此可以認為，經正火+高溫回火處理后，軸的長度尺寸沒有發生宏觀變化。由此可以推論，軸類鍛件在井式熱處理爐中垂直懸掛加熱，不會在淬火溫度下因自重蠕變而被拉長。
生產中實際測量結果證明，調質時在水中粹火的伸長變形量大于在油中粹火時的伸長變形量。
中碳結構鋼大型軸類鍛件經過等溫退火后，鋼的顯微組織為珠光體+鐵素體，粗加工不會改變鋼的顯微組織。經過調質淳火后，由于熱處理尺寸效應，在鍛件的橫截面上，由表面向心部的組織轉變產物順序為馬氏體→馬氏體+貝氏體一貝氏體+珠光體→珠光體+鐵素體組織。此時，鋼的比體積大于鋼在退火狀態的比體積。在軸的尺寸測量時,由于測量精度所限,在軸徑方向測量不出尺寸的變化,而在軸的長度方向卻測量出尺寸的變化,這就是軸類鍛件調質處理后仲長變形的真正原因。鍛件中組成物的比例與摔火冷卻效果和鋼的淬透性能密切相關，組成物的比體積所占比例也會出現差異,因此,軸類鍛件的伸長變形量是不相同的。
鋼在淬火時馬氏體的體積變化與鋼中的含碳量有關。隨鋼中含碳量的增加，淬火馬氏體的體積變化量也隨之增加。
對大型鍛件而言,在調質淬火時,冷卻速度越大軸的伸長變形量越大。相同規格、相同材質的鍛件,在水中淬火調質比在油中淬火調質的伸長變形量要大。因為鋼在水中淬火比在油中淬火的組織轉變更充分，淬火火組織的轉變量也更多，所以軸的伸長變形量就更大。
鍛件在熱處理過程中,由組織轉變應力、高溫自重蠕變所引起的伸長變形量是很小的。
軸類結構鋼鍛件在調質過程中會發生伸長變形。伸長變形量與鍛件調質前的組織狀態形狀尺寸、鍛件材質、調質次數密切相關。鍛件調質前為退火組織(珠光體+鐵素體)時,調質后伸長變形量***大。調質次數增加而兩次調質之間又不經中間退火或正火處理時，則鍛件的伸長變形量也隨調質次數的增加而增大。
對于大型鍛件在調質前應充分預測到尺寸的變化，并預留足夠的加工余量，這是防止因調質處理伸長變形而造成報廢的有效措施。兩端都有連接法蘭的軸類鍛件(如船用中間軸),在已知伸長變形量的基礎上，可在繪制粗加工圖時，將粗加工余量放在軸的兩個法蘭的內側面上，而兩法蘭外側面的加工余量則利用調質處理后軸的伸長變形來補償。這樣，就不會發生因鍛件調質后伸長變形在法蘭內側沒有加工余量而報廢的情況結合大型鍛件實際生產情況，對軸類鍛件伸長變形和環形鍛件內孔脹大(實際上也是一種沿鍛件纖維方向的伸長變形)進行一些實際的測試工作，積累一定的生產經驗數據，掌握鍛件在不同熱處理狀態的尺寸變化規律，對修訂大型鍛件粗加工余量標準，繪制鍛件粗加工圖具有現實指導意義。
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