影響鍛件熱處理加工的因素

點擊次數:   更新时间:19/03/06 10:48:03     来源:www.qinborechuli.com關閉分    享:
  鍛造熱處理加工中,除了必須保證鍛件所要求的形狀和尺寸外,還必須滿足零件在使用過程中所提出的性能要求,采用合理的鍛造工藝和工藝參數,可以通過下列幾方面來改善原材料的組織和性能:
  (1)打碎柱狀晶,改善宏觀偏析,把鑄態組織變爲鍛態組織,並在合適的溫度和應力條件下,焊合內部空隙,提高材料的致密度;
  (2) 铸锭经过锻造形成纤维组织,进一步通过轧制、挤压、模锻,使锻件得到合理的纤维方向分布;
  (3) 控制晶粒的大小和均匀度;
  (4) 改善第二相(例如莱氏体刚中的合金碳化物)的分布;
  (5) 使组织得到形变强化或形变-相变强化等。
  由于上述組織的改善,使鍛件的塑性、沖擊韌度、疲勞強度及持久性能等也隨之得到了提高,然後通過零件的熱處理加工就能得到零件所要求的硬度、強度和塑性等良好的綜合性能。
  如果所采用的鍛造工藝不合理,則可能産生鍛件缺陷,包括表面缺陷、內部缺陷或性能不合格等,會影響後續工序的加工質量,有的則嚴重影響鍛件的性能,降低做制成品件的使用壽命,甚至危及安全。
  鍛件組織對熱處理加工後的組織和性能的影響主要表現在以下幾方面:
  (1)不可改善的組織缺陷:奧氏體和鐵素體耐熱不鏽鋼、高溫合金、鋁合金、鎂合金等在加熱和冷卻過程中,沒有同素異構轉變的材料,以及一些銅合金和钛合金等,在鍛造過程中産生的組織缺陷用熱處理加工的辦法不能改善。
  (2)可以得到改善的組織缺陷:在一般過熱的結構鋼鍛件中的粗晶和魏氏組織,過共析鋼和軸承鋼由于冷卻不當引起的輕微的網狀碳化物等在鍛後熱處理加工時,鍛件熱處理加工後仍可獲得滿意的組織和性能。
  (3) 正常的熱處理加工较难消除的组织缺陷:例如低倍粗晶、9Cr18不锈钢、H13的孪晶碳化物等需用高温正火、反复正火、低温分解、高温扩散退火等措施才能得到改善。
  (4)用一般熱處理加工工藝不能消除的組織缺陷:嚴重的石狀斷口和棱面斷口、過燒、不鏽鋼中的鐵素體帶、萊氏體合金工具鋼中的碳化物網和帶等使熱處理加工後的鍛件性能下降,甚至不合格。
  (5)在熱處理加工時將會進一步發展的組織缺陷:例如,合金結構鋼鍛件中的粗晶組織,如果鍛後熱處理加工時未得到改善,在碳、氮共滲和淬火後常引起馬氏體針粗大和性能不合格;高速鋼中的粗大帶狀碳化物,淬火時常引起開裂。
  (6) 如果加热不当,例如加热温度过高和加热时间过长,将会引起脱碳、过热、过烧等缺陷。
  (7)鍛後冷卻過程中,如果工藝不當可能引起冷卻裂紋、白點等,在熱處理加工過程中開裂。
  切削加工對熱處理加工工件的質量影響有哪些?
  (1)在工件調質、退火、正火狀態下,硬度低于45HRC,切削加工對工件的質量包括表面光潔度、殘余應力、加工余量、表面脫碳貧碳層得去除等,影響均不明顯,不至于造成工件潛在性能的變化。
  (2)對工件淬硬的鋼或工件加工,又稱爲硬態加工,工件硬度高達50~65HRC,材料主要包括普通淬火鋼、淬火態模具鋼、軸承鋼、軋锟鋼及高速鋼等,切削加工的影響就較明顯,切削加工過程中切削熱的産生和傳導、高速摩擦和磨損等因素都會對已加工表面造成一定程度的破壞。硬態切削已加工表面的完整性內容主要包括表層組織形態以及硬度、表面粗糙度、尺寸精度、殘余應力的分布和白層的産生。

  已加工表面硬度隨切削速度的提高而增加,隨進給量得切削量得增大而降低。而且已加工表面硬度越高,硬化層深度越大。結果顯示,硬態切削後工件表面均勻殘余壓應力,而磨削後工件的較大壓應力主要集中在工件表面。
  刀具鈍角半徑越大,殘余壓應力值越大;工件硬度越高,殘余壓應力值越大。工件硬度對工件表面完整性的影響極大,工件硬度值越大,越有利于殘余壓應力的形成。
  影響硬態切削已加工表面質量的另一個重要因素是白層的形成。白層是伴隨著硬態切削過程所形成的一種組織形態,它具有獨特的磨損特性:一方面硬度高,耐蝕性好;另一方面又表現出較高脆性,易引起早起剝落失效,甚至形成工件加工之後放置一個階段後開裂。在高剛性數控車床上采用陶瓷和PCBN刀具切削淬硬AISIE52100軸承鋼時發現:工件表層和亞表層的組織狀態發生變化,其微觀組織由白色的未回火層和黑色的過回火層組成。
  目前將白層視爲馬氏體組織的觀點得到一致認可,主要爭議在于白層的精細結構。一種觀點認爲白層是相變的結果,是由材料在切削過程中被快速加熱和驟然冷卻而形成的晶粒細小的細晶馬氏體組成。另一種觀點認爲白層的形成僅術語變形機制,只是由塑性變形而得到的非常規型馬氏體。
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