常州精密钢管博客

钻铤中频淬火裂纹防止及力学性能

钻杆钻铤.JPG

在最初进行钻铤中频淬火过程中,淬裂报废率达到70%,且力学性能不合格,针对此问题,在两年多的摸索和生产实践中,基本解决了该问题,因此也有一些心得体会。


(1)钻铤材料为AISI4145H,化学成分如表1所示。该钢淬透性好,油淬可淬透Ø80mm,调质后具有较高的综合力学性能,是一种典型的油淬材料。


表1 化学成分表

AISI4145H

C%

Cr%

Mn%

Mo%

Si%

s%

p%

cu%

0.42~0.49

0.75~1.20

0.65~1.10

0.15~0.25

0.20~0.35

≤0.04

≤0.035

≤0.35


(2)钻铤的力学性能在SY/T5144-1997中做了规定,如表2所示,零件长度约10m。


表2 钻铤的力学性能SY/T5144-1997规定

外径范围

/mm

屈服强度σ0.2

/MPa

抗拉强度

σb

/MPa

伸长率

δ4

%

夏比冲击功Akv

/J

布氏硬度

/HBW

79.4~171.4

≥758

≥965

≥13

≥54

285~341

177.8~279.4

≥689

≥930

≥13

≥54

285~341

(3)中频感应调质设备,是近年来发展起来的一种针对长轴类零件热处理的专用设备,由于其结构特征(具体不详细介绍),替代了深井式炉,并减少了配套投资,如较高的行车起吊高度的工房、大型淬火槽、校正设备等,具有很高的可代替性。唯一不足之处在于淬火冷却剂只能使用水基冷却液。


(4)工艺。使用的工艺为:淬火840~860℃,以0.2m/min的移动速度通过加热感应器,冷却为自来水三级喷淋,水温10~40℃。按此工艺生产后,得到的结果如表3所示。


表3  力学性能结果

屈服强度σ0.2

/MPa

抗拉强度

σb

/MPa

伸长率

δ4

(%)

夏比冲击功Akv

/J

布氏硬度

/HBW

裂纹

930

1040

17.5

44、44、45

330~340

910

1030

19

77、68、79

330~340

(5)分析与措施。AISI4145H是一种典型的油淬材料,使用较小的淬火冷却速度即能满足淬火要求,但在中频感应淬火设备上目前使用的是自来水,这必然加大淬裂趋向。防止淬裂的关键是掌握适当的喷水量,以保证适当的淬火冷却速度。


另外,要保证力学性能,首先要保证淬火质量。如果淬火质量不高,M转变量不够,硬度偏低,是无法通过回火调整得到优良的综合性能的。因此,淬火时不能一味地减小冷速,而是要在保证淬火质量的前提下尽量减小冷速,即要找到保证淬火质量与防止裂纹所需的冷速的平衡点。按此思路,我们制作了记录喷水量的刻度盘,在原工艺基础上进行了不同喷水量的试验,结果如表4所示。

表4  不同喷水量下的试验结果

屈服强度σ0.2

/MPa

抗拉强度

σb

/MPa

伸长率

δ4

(%)

夏比冲击功Akv

/J

布氏硬度

/HBW

裂纹

喷水量刻度

715

885

22

48、44、56

290~300

41

790

920

19.5

55、49、47

288~295

4

825

970

23.5

66、68、59

330~335

5.5

790

990

23

58、63、65

318~327

5.5

注:文中的刻度:“4”、“5.5”是制的刻度盘数据,不代表喷水的具体量。

由表4可以看出,控制了喷水量后没有再出现裂纹,说明减小淬火冷却速度能够解决裂纹问题。但不同的喷水量,结果有一定差别:


喷水量为“4”的,出现了强度指标和韧性指标均不合格的现象,属于没有得到较好的淬火组织,说明提供的冷却速度偏小;喷水量为“5.5”的,各项指标均合格,说明提供的冷却速度基本到达了平衡点的要求。


在生产和试验过程中发现,AISI4145H材料具有一定的回火脆性趋向,要特别注意回火冷却时必须提供足够大的冷却速度,以防Akv降低。


前面大致讲了钻铤中频感应调质生产工艺中,对防止淬火裂纹和保证力学性能的一些思路和方法,这也是我们在生产试验中的一点心得。在具体工艺实施过程中,还需要根据设备状况、电源稳定情况、水温等方面综合考虑,制定包括操作细节在内的详细的工艺规程,以满足产品图样要求。






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