矿用汽车大型锻件锻后热处理

大型锻件的白点和氢脆缺陷的危害性很大,所以大型锻件锻后要求防止白点和氢脆的热处理,同时,去除锻造应力、降低硬度、细化晶粒。现将我们对大型锻件锻后热处理有关白点的认识,撰写成文以供参考。
    1有关钢中白点的基本概念
    1.1白点的危害性白点是钢中氢所引起的一种内部裂纹,固态钢中含氢量过高时,钢显著变脆,从本质来看,白点也属于脆性破坏。白点的存在使钢的力学性能,特别是横向的塑性和韧性急剧降低,成为最危险的断裂源,严重影响零件的使用性能和寿命。所以,锻件中一旦发现白点,则该锻件必须报废。
    1.2白点的形貌在锻件的纵向断裂面上呈现为边缘清晰的圆形或椭圆形银白色斑点;在横向低倍试片上为发丝状小裂纹,长度几毫米,最大几十毫米。
    1.3白点产生的条件及形成温度在锻造后,钢中的氢与应力(变形应力、热应力、组织应力,特别在组织应力)联合作用下产生的。白点的形成温度是锻件毛坯冷却到比较低的温度时约在250℃至室温这一范围。
    1.4氢和应力在形成白点中的相互关系文献[2的作者指出:“钢中含有足够数量的氢是形成白点的必要条件,内应力的存在具有促进白点形成的作用,因此过饱和的氢含量是产生白点的‘元凶’,而内应力则是‘帮凶’。”非常透彻地说出了二者产生白点的相互关系。
    1.5白点的三大特点1)白点从来不在锻件的表面形成。根据有关资料表明,其形成总是在锻件内部,含有白点的区域离锻件表面总有相当一段距离,约5O毫米的部位;2)白点是在锻后,当锻件冷却到比较低的温度250℃至室温时形成;3)白点不是瞬间形成,而是逐渐形成的。从停锻到出现白点,需要经历一段时间,这段时间称之为白点形成的孕育期或潜伏期。孕育期的长短取决于钢的含氢量,同时也取决于锻件的厚度。
    2大型锻件的锻后热处理锻造成形后,随即进行的热处理称之为锻后热处理。大型锻件的锻后热处理其目的主要是为了去应力、重结晶细化晶粒,并同时去氢。
    2.1重结晶处理大型锻件经过多次重结晶处理,使晶粒细化,组织改善,性能得到提高。
    2.2去氢退火将锻件中的氢降低至极限含氢量以下,并使其分布均匀,以免除白点、氢脆的危险。由于氢在7相和a相中的溶解度和扩散系数不同,特别是氢在a相中的溶解度低,而扩散系数大,这就使得在退火过程中氢得以不断向外扩散。去氢退火往往与重结晶合并进行。去氢退火的温度通常在650℃。退火后应尽可能慢速冷却,以防止新的内应力产生。一般冷却分为两个阶段:400℃以上,由于钢的塑性好,内应力不易形成,所以冷却可快一些;400oC以下,冷速就要放慢。对于合金元素较多、性能要求较高的锻件,锻后要求进行一次甚至多次重结晶热处理,以便改善锻件的组织和性能。
    3减少钢中含氢量的途径和措施不同钢种的锻件对白点的敏感程度不同。影响锻件敏感性的因素主要是钢的含氢量,钢的含氢量越高,白点敏感性就越大。钢中的氢可以呈原子状态、分子状态或化合物状态存在,对形成白点有决定作用的是原子氢。防止白点产生的根本方法是减少钢的氢含量,使钢中残留的氢限制在钢无白点的极限氢含量以下。
    3.1减少钢中氢含量主要途径(1)炼钢对钢液进行真空脱气或采用真空浇铸的方法,对某些有更高要求的锻件,可采用电渣重熔的工艺进一步提高钢材的纯净度。(2)锻后热处理:去氢退火,使钢中的氢扩散出去。
    3.2防止白点的措施防止钢中形成白点的方法包括两个方面:一是设法尽量减少钢液中的含氢量,并创造条件使氢气从钢坯中扩散逸出;二是减少冷却时钢坯中所产生的内应力,特别是组织应力。为了减少钢材的含氢量,冶炼中尽量少用或不用严重锈蚀的废钢;使用新焙烧或经过加热的石灰;使用经过加热的铁合金;炼钢工具要经过充分干燥和烘烤,浇铸系统要千燥;钢水温度不可过高,以免过分吸收氢气,保证足够长时间和足够有力的钢液沸腾,以有利于脱氢。炉渣不可太稀,终渣要适当粘稠些等。
    4大型锻件锻后免去去氢退火对氢含量要求(1)控制钢材的含氢量。国内、外有关行业(锻造、热处理)一致公认锻件的氢含量在(2--3)×10以下时,可以避免产生白点。因此,1)对于一般大型锻件含氢量≤(2)×10时;2)对于重要的大型锻件含氢量(1~1.5)×1O时。这时钢中的含氢量已降至钢无白点的极限含氢量以下,所以不会产生白点,可不做锻后热处理去氢退火,但不能忽略必须做重结晶。锻后热处理去氢退火是钢液在冶炼中,冶炼工艺落后、水平低下的产物。(2)目前国内特钢钢材纯净度的水平。钢液的纯净度是保证锻件的关键环节。目前,我国主要特钢企业通过生产装备的引进和技术改造,生产工艺及技术水平有了很大的提升,通常采用的冶炼方法是:电炉粗炼+二次精炼。二次精炼的方法通常采用喷粉法、真空碳脱氧法(VCD)、钢包精炼法(VAD、CF)、大气吹氧氩脱碳法及电渣重熔等方法。通过二次精炼,可以将钢中氢、氧、氮控制在很低的水平。目前纯净度可以达~IJEH]≤(2)×lo~、[o]≤(15)×lo一、[N]≤(5O)×lo_。。;纯净度已达到国际先进水平。当锻件氢含量在(3~7或更高)×lO时,毫无疑问,大型锻件锻后热处理必须在锻造成型后立即进行锻后去氢退火。
    5大型锻件锻后免去去氢退火的实例(1)山东济南伊莱特重工有限公司。山东济南伊莱特重工有限公司与西班牙海斯坦普集团共同投资组建的大型锻造企业,严格按照“制坯一环锻一热处理一机加工一探伤”等各工序,提供风力发电齿圈类锻件的碾环加工。伊莱特对所用钢材的氢含量做了严格规定,氢含量≤(1~1.5)×10一,可以完全避免产生白点,所以锻后热处理不做去氢退火,该公司国外订单较多,生产至今,尚未发现一例是由于没做锻后热处理去氢退火而产生白点的锻件,也没有因为不做去氢退火而产生白点报废的产品。(2)河北汇工机械设备有限公司。河北汇工机械设备有限公司是生产进口矿用汽车轮边减速器总成、发动机分动箱总成(PTO)、变速箱分动箱总成(PTO)、以及工程机械重载齿轮为主的专业厂。借鉴美国齿轮行业对大型锻件锻后热处理的先进经验,我公司在采购钢材和国内有关的特钢企业签订技术协议时,明确提出对钢材纯净度的要求:I-H]≤(2)×10一、[o]≤(15)×10~、[N]≤(5O)×10~。对于大型锻件含氢量进一步控制在≤(2)×10和≤(1~1.5)×10之间,完全可以避免白点的产生。所以不再对锻造厂提出去氢退火的要求,而只是进行一到两次重结晶热处理。生产至今,还没有发现因为没有去氢退火而发现锻件产生白点,及产品报废的恶性事故发生。另外,这些锻件生产的齿轮在长期的使用中一直正常使用。(3)一汽和二汽车桥厂(公司)。据笔者所知,国内一汽二汽的车桥厂(公司)生产的齿轮,由于对齿轮钢纯净度的要求很严,因此,其锻件也在锻后免去了去氢退火。
    6大型锻件锻后热处理中的注意事项(1)钢材的采购及储备。在采购钢材时应在春夏秋冬的季节上加以选择,为了保证钢材在纯净度方面达标,避开每年中的梅雨季节对钢材的影响,在钢材数量上要有一定量的储备,在确保质量的前提下以备急需。(2)白点的敏感性。锻件在冷却过程中,其表面的氢容易扩散逸出,而心部的氢则不易排出。所以锻件截面越大,越容易产生白点。随锻件截面的增大,钢的偏析程度也越严重,更容易促使白点的形成。锻件表面积越大,氢的析出越容易。因此,空心锻件(如齿圈)比实心锻件(如齿轮轴)的白点敏感性要小。含碳量小于0.3的低碳钢白点敏感性极低。随着含碳量的增加,钢的白点敏感性增加。锻件锻后冷却速度越快,白点敏感性越大。1)不产生白点的钢:如奥氏体钢、铁素体钢、奥氏体一铁素体钢、莱氏体钢。一般正常生产条件下的含碳量小于0.39/6、含锰量小于0.6的碳素钢也不会形成白点。因此对这类钢没有必要在锻后做去氢退火;2)对白点敏感的钢:珠光体钢白点敏感性较小,马氏体一珠光体钢白点敏感性较大,马氏体钢白点敏感性最大。如:20Cr2Ni4、18Cr2Ni4W、20CrNi2MO、40CrNi2MO、40CrNiMO等。马氏体钢白点极限含氢量为≤(1.8)×l0~。(3)对已产生白点而报废的大型锻件进行改锻。对已产生白点的锻件,可以通过改锻等热加工方法加工成尺寸更小的零部件毛坯,改锻后的小尺寸钢坯需要进行缓冷和退火,可挽回一部分报废的钢材。(4)交付锻件的同时提供质检报告。锻造厂在交付锻件的同时,必须出具:1)纯净度rH]、[N]、[O]含量;2)化学成分、力学性能;3)锻造比;4)超声波探伤等相关内容的质检报告。http://www.forging1.com


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