42CrMo鋼軸套熱處理工藝改進

發布時間：2021-07-06 人氣：

某公司有一種軸套產品（挖掘機產品配件），材質為42CrMO鋼，鍛件，熱處理技術要求為43~48HRC。主要加工工藝路線為：鍛造一正火一粗加工一整體淬火、回火一半精加工一磁粉探傷一精加工。在實際生產中，軸套經熱處理后磁粉探傷發現，有60%在R2附近出現弧形裂紋，導致工件報廢。為此暫停生產，查找開裂原因。

  工件粗加工后淬火前基本外形尺寸套筒部與法蘭盤的過渡圓角為R2₀軸套的熱處理工藝：鍛后正火，880 ℃保溫 2.5 h空冷;粗加工后淬火、回火，工藝過程。工件裝筐加熱，以減少淬火畸變。工藝要點:鑒于42CrMO鋼的A_C3為840℃,Ms點為310℃，故將軸套的淬火溫度定為840℃；淬火介質為15%的PAG水溶液,控時冷卻70s，然后空冷（控制工件出水溫度為240℃左右），以避免產生過高的熱應力和組織應力;淬火后及時回火。
  盡管如上所述，制定軸套的熱處理工藝時采取了以上防范措施，但熱處理后進行磁粉探傷發現,有60%的軸套在套筒部與法蘭盤部過渡區附近的法蘭盤上出現弧形裂紋，裂紋深度約1? 3 mm,肉眼很難觀察到。
開裂原因分析
  對開裂軸套裂紋形態的統計分析表明，98%的裂紋在距臺階過渡處約10 mm的法蘭盤上。由于工件法蘭盤部較薄，套筒與盤部過渡處拐角較尖銳。一般弧形裂縫是由熱應力引起的，通常在零件形狀突變的部位，如尖銳棱角、凹槽及孔洞附近，呈弧形分布。此類結構的工件淬火時在應力集中處極易形成淬火裂紋。分析了此類裂紋產生的原因是由于淬火時尖角應力作用的結果，端部凸緣尺寸單薄,根部有尖角凹槽，淬火時在尖角凹槽處產生應力集中而開裂。

  由以上分析可見,軸套淬火開裂主要是由于其套筒與法蘭盤過渡園角太小，導致淬火應力集中而產生的。
工藝改進
  根據上述軸套開裂原因分析，對巳粗車只R2的軸套進行了熱處理工藝試驗。
  淬火將淬火溫度降低至820℃ ,淬火冷卻時間縮短至60s(工件出水溫度提高至280 左右）。按此工藝試驗了1爐，仍然有30%的工件開裂，而且同爐處理的工件中有30%淬火硬度偏低。可見單純調整熱處理工藝參數是不能解決這類開裂問題。
  在R2圓角過渡拐角處綁扎耐火纖維棉，以期減小拐角附近萍火冷卻速度，從而減小萍火應力。采取此措施后淬火試驗的3爐工件磁粉探傷無一開裂。事實證明，K2圓角過渡拐角附近淬火應力大是導致軸套批量淬裂的主要原因。
  圓角過渡當零件有棱角、尖角、溝槽和橫孔時，這些部位很容易產生應力集中，從而導致零件淬裂。因此，零件應盡量設計成應力集中***小化的形狀,在尖角處和臺階處加工成圓角。有關標準中對臺階處圓角過渡也有規定：凡要進行淬火的零件，應避免銳邊、銳角和銳口，臺肩過渡要呈圓弧形。根據標準規定，本文中的襯套件拐角處過渡圓角半徑應為R15。為減小臺階處淬火應力，我們將工藝流程卡片中粗加工內容規定“粗車R2”修改為“粗車R15”，將熱處理前預留過渡圓角半徑加大到沿5,熱處理后再加工到圖紙尺寸，以此減小園角過渡區的淬火應力。修改圓角為K15后，試驗3爐，無一件開裂。后來的生產實踐證明，加大臺階處的圓角過渡半徑，有效地防止了這類工件淬火裂紋的產生。
  軸套類工件臺階處由于過渡圓角半徑太小，導致淬火時在此處產生了較大的淬火應力集中，從而產生淬火裂紋。截面變化過渡處應有足夠的、符合有關標準規定的圓角半徑，以防止淬火應力過大而產生裂紋。
熱處理工作者經常遇到工件熱處理開裂的問題，為此熱處理前應認真分析工件的淬火應力分布狀態，通過對外觀、形狀、尺寸的核査，采取有效措施,減少熱處理畸變,避免淬火開裂，防止由于工件形狀不合理而產生過大的淬火應力導致工件淬裂

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