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锻件热处理工艺设计中的质量控制

来源:法兰锻件网 责任编辑:法兰锻件网 有 8 人浏览 日期:2021-01-30 放大字体  缩小字体

文章摘要:热处理技术要求一般是热处理质量检验的指标,在锻件图纸上标注得都比较简单。除了对硬度和变形量有要求外,有的锻件还有局部热处

 热处理技术要求一般是热处理质量检验的指标,在锻件图纸上标注得都比较简单。除了对硬度和变形量有要求外,有的锻件还有局部热处理要求。对于表面强化锻件,硬化层深度和心部硬度也是技术要求的内容之一。热处理技术要求应以满足锻件使用性能为目标。

硬度是锻件热处理最重要的质量检验指标,对于不少锻件还是唯一的技术要求。这不仅是因为硬度试验快速、简便又不损坏锻件,而且从硬度值可以推测其他力学性能。某些热处理工艺参数也是根据锻件所要求的硬度值决定的。因此,合理地确定热处理后的硬度值将赋予锻件以最佳的使用性能,对提高质量、延长寿命都有重要作用。

热处理

 

设计人员在确定硬度时,通常是根据锻件工作时所承受的载荷,计算出锻件上的应力分布,考虑安全系数,提出对材料的强度要求。根据强度与硬度关系,确定锻件热处理后应具有的硬度值。确定硬度时,要避免照抄手册上的数据,应注重锻件的实际工作条件和失效形式。例如,相同的冷作模具,用在精度高的冲床上时,要求模具硬度髙些;但是如果冲床精度差、模具工作时所受的冲击能量大,为避免崩刃或折断,适当降低模具硬度,使用寿命反 而延长。用40CrNi或35CrMo制造的10t大型模锻锤的锤杆,误认为受到冲击能量很大,将 硬度定得很低,结果寿命反而缩短。根据失效分析,锤杆属于疲劳断裂,将锤杆硬度值由241〜270HBW提高到38-43HRC,则使用寿命大幅度提高。

某些重要锻件除了要求硬度值外,还必须规定其他力学性能指标。

1)强度与韧性的合理配合。通常钢铁材料的强度和韧性是互为消长的。对于结构锻件,常用一次冲击韧度作为安全的判据,追求高韧性指标,而不牺牲强度,致使机械产品粗大笨重,寿命不长。相反,对于工模具,为了提高耐磨性而追求高硬度和高强度(抗扭强度),而忽视了韧性对减少模具崩刃和折断的作用,使用寿命也不长。因此,应对锻件的工作条件和失效形式进行调查分析,根据强度与韧性合理配合来确定锻件应选用的强度和韧性指标。

2)正确处理材料强度、结构强度和系统强度的关系。各种材料强度指标都是用标准试样测得的,它取决于材料的组织状态(包括表面状态、残余应力和应力状态)。锻件结构强度受尺寸因素及缺口效应的影响,而系统强度则与其他锻件的相互作用有关。在这三者之间存在很大的差异,如材料的光滑试棒疲劳强度高,但实物的疲劳强度可能很低。因此,对某些重要零件,根据模拟试验结果确定力学性能指标较为恰当。

 

锻件热处理

3)组合件的强度匹配要合理。大量试验及实际使用表明,当组合件(如蜗轮蜗杆、链条链轮、滚珠与套圈及传动齿轮等)达到最佳强度匹配时,使用寿命可延长。例如,滚珠比套圈的硬度应高2HRC,汽车后桥主动齿轮的表面硬度比从动齿轮座商2-5HRC。同一种钢材经同种方法处理成相同硬度的摩擦副,耐磨性比较差。

4)表面强化的锻件,心、表强度应合理匹配。表面强化零件(如渗碳淬火、碳氮共渗淬火、渗氮,感应淬火等)时,当硬化层深度一定时,心部应具有适宜的强度,使心、表强度达到最优的匹配状态,以保证锻件具有高的使用寿命。如果心部强度太低,过渡区容易产生疲劳源,导致疲劳性能下降;如果心部强度太高,表面残余压应力小,疲劳寿命也不长。

5)环境介质的影响。在腐蚀、高温等特殊环境介质中作的锻件,要采用相应的力学性能指标,如应力腐蚀门槛值、蠕变极限、持久强度等。

硬化层深度的确定要考虑锻件的使用性能、失效形式和节能等原则。

以磨损失效为主的零件,根据锻件的设计寿命和磨损速度确定硬化层深度,一般不宜过厚,特别是工模具的表面硬化层过深会引起崩刃或断裂。

以疲劳破坏为主要失效的零件,根据表面强化方法、心表强度、载荷形式及零件的形状尺寸等因素确定硬化层深度,使其达到最佳硬化率。如渗碳和碳氮共渗齿轮,最佳硬化率为0.1-0.15。

 

锻件热处理

为了热处理节能,硬化层不宜过深,有些专家对硬化层进行研究后认为,一般对渗碳淬火和高频感应淬火的硬化层规定偏深,如能适当减小硬化层深度可显著节约能耗。

各种材料经不同热处理后的显微组织,可按国家标准或行业标准进行评定,如中碳钢和中碳合金钢马氏体评级,渗碳或碳氮共渗的碳化物、残留奥氏体、心部铁素体的评级等。在技术要求中要标明合格品应有的显微组织级别,对于这些标准要严格执行,并根据零件的工作条件和失效形式通过试验对标准进行更新,使产品质量不断提髙。尤其是当前关于组织与性能关系的研究成果很多,如淬火组织中铁素体形态及相对量对力学性能的影响,残留奥氏体利与弊的讨论,碳化物形态、数量及大小与强韧性关系的研究等,为进一步修正和完善各种显微组织评级标准提供了依据。但是也要防止不根据产品的实际情况,把一些不成熟的或片面的试验结果用作评级的依据,这对提髙产品质量是不利的。

热处理畸变量是热处理质最的重要指标之一,是热处理质量控制的主要内容。设计人员应根据锻件特点和工艺过程,合理提出允许畸变量。尽管影响热处理畸变的因素很多,但是畸变还是有规律的。热处理工作者应根据热处理畸变的理论和实践,采取具体措施,使热处理畸变值不超过设计规定的技术要求。

当热处理是工件加工过程的最后工序时,热处理畸变的允许值就是图样上规定的工件尺寸,而畸变量要根据上道工序加工尺寸确定。为此应与机加工部门协商,按照工件的畸变规律,在热处理前进行尺寸的预修正,使热处理畸变正好处于合格范围内。

当热处理是中间工序时,热处理前的加工余量应视为机加工余量和热处理畸变量之和。通常机加工余量易于确定,而热处理畸变量由于影响因素多,比较复杂,因此为机械加工留出足够的加工余量,其余均可作为热处理允许畸变量。

工件的结构、尺寸、形状对热处理畸变与开裂有很大影响。

1)零件截面力求均匀,以减少过渡区的应力集中及畸变开裂倾向。

2)工件应尽量保持结构与材料成分和组织的对称性,以减少由于冷却不均引起的畸变。必要时可开工艺孔,调整不同部位的冷却速度。

3)工件应尽量避免尖锐棱角、沟槽等,台阶处要有圆角过渡。

4)尽量减少工件上的孔、槽和肋(尤其是深孔、深槽、粗肋)。


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关键词: 锻件,热处理
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