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30 Cr MoA鋼螺栓緊固件最佳熱處理工藝的研究

作者:admin來源:本網 日期:2017-6-28 14:14:20 人氣: 標簽:

  哈爾濱工程大學學報30CrMoA鋼螺栓緊固件最佳熱處理工藝的研究常鐵軍楊世偉1尹樹桐龔正春2(1.哈爾濱工程大學機電工程學院黑龍江哈爾濱150001;2.哈爾濱鍋爐廠黑龍江哈爾濱150040)理工藝中出現的質量問題展開對30CrMoA鋼淬火和回火溫度對組織和力學性能影響的研宄,并借助于電子顯微鏡對熱處理工藝對顯微組織的影響進行了深入研宄。在實驗的基礎上優選出的940 1.5h空熱處理工藝不僅力學性能達到了檢驗標準的要求,而且組織形態也令人滿意。

  CrMoA鋼在汽輪機和鍋爐制造業中主要用于制造工作溫度在500 C以下的螺栓緊固件、法蘭和螺母等,螺栓緊固件是鍋爐生產中關鍵部件之一。30CrMoA鋼是一種高強度高韌性的低合金結構鋼,通常的使用狀態為淬火+回火。哈爾濱鍋爐廠采用30CrMoA鋼作為鍋爐緊固螺栓,使用溫度為480C該廠采用傳統的880C水淬620C回火1.5h的熱處理工藝,要求熱處理后性能符合該廠檢驗標準3084015(見表1)。但該廠生產的緊固螺栓幾年來一直存在嚴重不符合檢驗標準的產品。該廠對1985年1月至1989年8月間生產的直徑小于40 CrMoA緊固螺栓進行了性能統計(見表2),發現產品不合格的主要因素是強度指標ab和硬度值HB而其中因HB超出標準范圍而不合格率竟占28%之多。

  硬度值HB是熱處理工藝中最為敏感的指標,強度指標a和a與HB有直接的關系。運用最小二乘法在計算機上對統計的173個數據進行一元線性回歸,得出a,a和HB的關系如下時間規格數量力學性能波動范圍波動差值不合格率a/MPa54092738713.辦14 199(常M((9C4lcTe)男山螨平知哈爾¥工皺她1遍副教宄方金屬材料腠篇bookmark1該工藝處于檢驗標準的逼近圖中值區的位置。

  1.2實驗方法表3是實驗用鋼的化學成分,熱處理采用H15箱式電阻爐,靜拉伸試樣按GB6397-86標準  沖擊試樣按GB/T229 -1994標準加工成U型缺口標準試樣,在TB30B型沖擊試驗機上測出室溫Ak值。硬度值在布式硬度計上測定HB值。金相試樣用3%硝酸酒精溶液腐蝕金相組織,然后在Neophot-21型金相顯微鏡上進行組織分析;將金相試樣進行深腐蝕后用S-240型掃描電鏡進行高倍顯微組織分析;用H-600型透射電鏡進行碳化物形態、分布規律的觀察與分析。

  保證書0 2實驗結果與分析2.1力學性能測定及分析表4為力學性能測試結果。

  (a)為淬火溫度相同(940C)不同回火溫度對as,a!,和HB的影響;(b)為淬火溫度相同(940 C)不同回火溫度對,4和Ak值的影響。為各種熱處理工藝與檢驗標準3084015的逼近圖。

  可以看出,在淬火溫度一定時,隨回火溫度的提高,as和ab明顯下降,硬度值HB在回火溫度超過640C時急劇下降。所以,640 C回火溫度是HB非常敏感的溫度,要想得到HB均勻的產品必須嚴格控制回火爐的爐溫精度。由各種熱處理工藝與檢驗標準3084015的逼近圖,可以看到5h空熱處理工藝的硬度值HB位于檢驗標準的上限位置,因此在實際生產中該工藝很難控制HB值的合格率,同時明顯看出620C回火溫度使HB值偏高,。在相配溫度(620S下,h淬火溫度越高時30疆(認鋼>-日丑關系曲線由以上的統計分析可以推斷:原熱處理工藝不盡合理是造成較高不合格產品的主要原因。所以,探索30CrMoA鋼螺栓緊固件的最佳熱處理工藝,使得該產品在保證強度指標和外不低于檢驗標準的前提下,確保硬度值HB能夠在檢驗范圍的中值區是解決該難題的關鍵。

  1實驗方案及實驗方法1.1實驗方案設計實驗方案設計主要考查淬火溫度和回火溫度對組織和性能的影響,為此設計了850,880,910,個淬火溫度;選擇了620,640,650,660C4個回火溫度,分別考查在相同回火溫度情況下不同淬火溫度對力學性能的影響和淬火溫度相同不同回火溫度對力學性能的影響。從中優選出最佳淬火溫度和最佳回火溫度的nbli硬度值HB也越高。

  表4不同熱處理工藝狀態下的力學性能編號熱處理工藝少力學性能茚熱處理工藝與檢驗標準3084015的逼近圖從上述熱處理工藝中很自然地優選出112該工藝的硬度值恰好在檢驗標準的中值區(HB268),而且強度指標ah也有一定的裕量(ah=用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡對不同淬火溫度的顯微組織進行了分析,分析發現,隨著淬火溫度的提高,組織中的馬氏體含量加且馬氏體板條隨淬火溫度的提高而細化,但當淬火溫度超過970C時馬氏體板條變粗。

  淬得到的光學金相組織,(c)為其相應的掃描電鏡顯微組織,(b)為940C水淬得到的光學不同回火溫度對30CrMoA鋼力學性能的影響Fig.織。可以看到880C水淬得到的組織為淬火馬氏且可以明顯看到,940C水淬組織中馬氏體含量體(M)+殘余奧氏體(A)+少量鐵素體(F),940比880C水淬組織中馬氏體含量要高并且馬氏體°水淬組織為淬火馬氏體(M)+奧氏體(A)而板條束比較細。

  的組織中的碳化物形態。可以明顯看出,前者組織71994-2015ChinaAcademicournal冷得到的金相顯微組織。可以明顯看到,兩種熱處理工藝最終得到的顯微組織在形態上有很大差異,兩種組織雖然都是回火索氏體(S)但880C/30'水+620C/1.5h空熱處理工藝得到的索氏體要比940C/30'水+650°C/1.5h空熱處理工藝得到的索氏體要粗大得多,并且明顯保留了原馬氏體(M)的位向關系(見(a)(b))。此外,在對上述兩種熱處理工藝得到的組織,進行透射電鏡分析時,發現兩種組織中的碳化物形態也有很大處理工藝得到的組織中的碳化物形態,(d)為940C/30'水+650 5h空熱處理工藝得到中以未溶碳化物為主,而后者明顯有碳化物析出。

  由以上組織分析可以看出,原工藝采用880 C淬火溫度明顯偏低,使得碳化物未完全溶解,從而導致組織轉變不完善,必然影響其機械性能。從工藝試驗諸多工藝中優選出的940 650C/1.5h空熱處理工藝不僅力學性能達到令人滿意,而且組織轉變產物也令人滿意。

  3結論1.5h空的淬火溫度和回火溫度均偏低,因而得到的組織比較粗大。

  空熱處理工藝使得強度指標和均有較大裕量且硬度值HB位于檢驗標準的中值區,該熱處理工藝所得到的顯微組織較為理想。

  嚴格控制回火溫度及回火爐的均勻性和精度是保證硬度值HB合格的關鍵。

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