轴类锻件调质处理的伸长变形

2021-10-15 15:55:15 山西中重重工 0

         钢锻件经过淬火加热和冷却后,要发生组织转变,同时产生热应力和组织应力,会使淬火工件的形状和尺寸发生变化,形成弯曲、翘曲、伸长、缩 短、孔涨、孔缩等畸变。工件热处理畸变主要是由于金属在加热和冷却过程中的热胀冷缩,以及金属相变产生的组织与相变前原始组织比体积不同所致

          结构钢锻件经粗加工调质处理后,也会产生弯曲变形,特别是细长轴类锻件(长径比> 80)的弯曲变形,在生产中时常发生,生产厂家也比较重视。然而,对于大型轴类锻件调质处理后的伸长变形,则往往被人们所忽视。因为这类锻件经过调质处理,要在轴端套取试料进行理化检验,试验项目合格后,即把轴端多余的试料切除掉,再转入加工工序,所以忽略了轴的长度变化。但是,对于两端有连接法兰的船用中间轴来说,长度尺寸的变化非常重要,稍有不慎就有可能出现废品,造成不应有的经济损失。例如,35CrMo钢船用中间轴 (外径420 mm、内孔150 mm、两法兰开档长度 6 000 mm ~ 8 000 mm)两法兰间开档长度经过一次调质处理后最大伸长变形量可达33 mm,使锻件没有精加工余量而报废。因此,生产中积累轴类锻件调质处理后的伸长变形数据,掌握伸长变形规律,对绘制粗加工图,修订大型锻件粗加工余 量标准,减少废品损失是有意义的。

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1轴类锻件调质伸长变形的测量

1测量工具及测量方法

          测量工具为20 m钢卷尺。经粗加工的轴类锻件,在调质处理装炉前,测量轴的直径和长度。 直径尺寸在轴的两端测量,互成90°,取二次的平均值。长度尺寸在轴的互成90°两条母线上测量,取测量值的平均值。调质处理后,用相同方法再测量一次。把两次测量结果计人统计表中,并进行对比,得出该轴经调质后的伸长变形量。为 了减少人为的测量误差,调质处理前后由同一个人用同一把钢卷尺来进行测量。测量误差自定为 ±2 mm,如果调质处前、后长度在2 mm范围波 动,则视为轴的长度尺寸没有发生变化。

.2测量范围

         (1)测量轴类锻件在不同热处理状态下的长度变化。我们对轴类锻件在正火+高温回火状态和调质状态下的长度尺寸进行测量,以期验证锻件在以得到验证;

         (2)对不同钢种、不同规格的轴类锻件,在调质处理前和调质处理后进行长度测量,探索不同钢种对调质处理后伸长变形的影响;

         (3)对钢种相同、规格相同的轴类锻件,测量其萍火冷却条件对轴伸长变化的影响’还要测量调质处理次数(两次调质处理之间不经中间热处 理)对轴伸长变形的影响。

2 轴类锻件调质处理后伸长变形的主要原因分析

          中碳结构钢大型轴类锻件经过等温退火后, 钢的显微组织为珠光体+铁素体,粗加工不会改变钢的显微组织。经过调质淬火后,由于热处理尺寸效应,在锻件的横截面上,由表面向心部的组织转变产物顺序为马氏体—马氏体+贝氏体—贝氏体+珠光体—珠光体+铁素体组织。此时,钢的比体积大于钢在退火状态的比体积。在轴的尺寸测量时,由于测量精度所限,在轴径方向测量不出尺寸的变化,而在轴的长度方向却测量出尺寸的变化,这就是轴类锻件调质处理后伸长变形的真正原因。锻件中组成物的比例与淬火冷却效果和钢的淬透性能密切相关,组成物的比体积所占比例也会出现差异,因此,轴类锻件的伸长变形量是不相同的。

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         钢在淬火时马氏体的体积变化与钢中的含碳量有关。文献资料[1]介绍,随钢中含碳量的增加,萍火马氏体的体积变化量也随之增加。

        对大型锻件而言,在调质淬火时,冷却速度越大轴的伸长变形量越大。相同规格、相同材质的锻件,在水中淬火调质比在油中淬火调质的伸长变形量要大。因为钢在水中淬火比在油中淬火的组织转变更充分,淬火组织的转变量也更多,所以轴的伸长变形量就更大。

        结合大型锻件实际生产情况,对轴类锻件伸长变形和环形锻件内孔胀大(实际上也是一 种沿锻件纤维方向的伸长变形)进行一些实际的测试工作,积累一定的生产经验数据,掌握锻件在 不同热处理状态的尺寸变化规律,对修订大型锻 件粗加工余量标准,绘制锻件粗加工图具有现实指导意义。