PDF《大型工件热处理过程中的内裂及其预防》

3 /克) 奥氏体0.1212+0.0033(% C) 铁素体0.1271 铁素体十渗碳体 0.1271+0.0005(% C) 马氏体0.1271+0.0025(% C) 大型工件热处理过程中的内裂及其预防共5页第4页表2列出了我厂曾解剖分析过的大锻件淬火组织分布情况.从表

2 中看出,完全淬为马 氏体的层深距表面不过 10mm 左右,马氏体消失一般都在 25~50mm 以内. 表2大型锻件淬火组织分布请况 淬火组织分布 距表面距离(mm) 工件直径(mm) 热处理全马氏体层 半马氏体层 马氏体消失 40Cr 钢叉头 ?640 850℃油淬 10.5

15 25

10 30

50 40CrMnMo 钢连接轴 ?

818 860℃油淬 贝氏体出现:10

78 160

45 钢柱塞 ?500 860℃水淬

8 ― ― 40Cr 钢齿轴 ?760 840℃水淬油冷 ― ―

28 50Mn2 钢齿轴 ?310 830℃水淬油冷 ― ― 25―30 由于组织转变的比容不同, 以及在随后冷却过程中残留奥氏体的分解, 便形成了表面马 氏体层受压,心部受拉的残余应力,如图 11(C)所示. 大型工件淬火后的残余应力主要是以上三种应力的叠加, 其叠加结果如图

11 (d) 所示. 它的淬火应力属热应力型的,其最大拉应力峰值位于圆形截面的中心区或壁厚的 1/2 处. 图12 是文献[2] 介绍的?150mm碳钢在未淬透情况下的残余 应力曲线.从图中看出,内应力的分布是热应力型的,中心拉 应力达到最大值,并且轴向拉应力大于切向与径向拉应力.这 就是大型工件在淬火内应力作用下容易产生横向内裂的原因. 由于大型工件在淬火后的特殊应力分布,加之表面的淬硬 层有较高的强度,所以从心部拉应力峰值区开始的断裂一下延 伸至表面比较困难,从而常常形成内裂.而9Cr2 钢芯棒的断口 则是工件表面未淬硬的一个特殊情况. 在淬火以后,一般都进行回火处理,回火加热的升温速度 控制也十分重要.因为截面大的工件,表面先受热膨胀,心部 仍是 冷 的并不膨胀,这时工件又处于低温弹性状态,因此 加热时内外温差形成的应力仍是表面受压、 心部受拉的热应力. 它与淬火时的残余应力正好 叠加,故此时最易在工件心部形成开裂.对于那些含合金元素较高的材料,由于导热性差, 加热时更要特别注意. 图12 ?150 碳钢淬火残余应力 一般说来,回火对消除热处理残余应力是有利的.文献[3] 介绍,对于含碳量 0.4%的碳 钢,400℃回火能使残余应力减少到 1/3;

500℃回火则减少到 1/5 以下;

600℃回火则能基本 上完全消除.而在实际生产中,为了保持工件有足够的硬度,往往采取低温回火,这时的残 余应力还保持了一个相当大的数值. 从材料角度来讲,大型工件中常存在各种内部缺陷,这些缺陷破坏了工件的连续性.往 往在淬火应力作用下成为断裂起源. 在产生热应力型内裂的工件中有的有白点, 这是由于在 残余应力作用下,氢含量过高引起材料变脆、破断抗力降低所致.但值得注意的是,有些内 裂的方向与白点裂纹方向相垂直,而与残余拉应力的最大方向相吻合. 在热应力型内裂中,断裂起源于中心附近,而中心部位又常出现冶金缺陷,因而夹杂类 缺陷,常被认为是引起开裂的主要原因,但是,在中心钻孔的大型轧辊中,热处理淬火拉应 力峰值在 1/2 壁厚处,而开裂也常起源于壁厚的一半处,这就难于用中心夹渣来解释了. 实践证明, 在我们遇到的热应力型内裂与断裂中, 低倍检验与高倍检验也有未发现异常 缺陷的. 它们的开裂主要是由于淬火操作不当或回火不及时, 致使工件中残余应力过大所致. 牛俊民论文集共5页第5页