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大型45钢连杆热处理工艺改进0板式换热器

2022-09-15 10:02:54  弥勒五金网

大型45钢连杆热处理工艺改进

大型45钢连杆热处理工艺改进 2011年12月03日 来源: 我厂生产的一种45钢中速船用柴油机连杆,杆身截面Ф90mm,锻件重量145kg,是我厂目前锻造生产的最重的连杆。热处理后经中国船级社(CCS)产品检验时,在Ф90mm杆身截面1/2R处取样进行检测,其性能要求为:σb≥600MPa;σs≥300MPa;δ5≥16%;Ф≥40%;Aku5≥20J;硬度:162~217HBS。 45钢是一种典型的中碳优质碳素结构钢,通过调质处理可得到强度与韧性配合比较好的综合力学性能,因此广泛应用于中小型机器零部件的制造。而另一方面,45钢用于大中型零件的制造时,由于受到淬透性的影响,通常性能要求不高。1.批量生产中存在的问题(1)对于该连杆锻件,我厂最初采用850℃正火喷雾风冷+550~590℃回火工艺进行热处理。装炉设备为9.65m³。天然气加热台车炉,装炉量≤48件。每个熔炼炉号的连杆锻件,配同一熔炼炉号杆身试棒(Ф90mm×200mm),同炉进行热处理。台车两侧配8台大功率风机,进行喷雾风冷,时间为1~1.5h。热处理完成后,再对连杆杆身试棒解剖取样进行性能试验(试验数据见表1)。数据显示,性能试验结果未能达到技术要求。经提高回火温度返工回火后,由于连杆综合性能小高,强度富余量不大,虽然冲击功提高,达到了技术要求,但却降低了连杆强度指标,仍然达不到技术协议要求,从而导致连杆热处理返工率极高。

表1 经850℃正火喷雾风冷+550~590℃回火后性能数据

(2)鉴于连杆正火热处理返工率高,我厂将连杆改为850℃油冷+620~640℃回火工艺进行调质处理。淬火介质为N32全损耗系统用油,淬火冷却时间为15~20min。装炉设备改为5.77m³。天然气加热台车炉,每炉装炉量≤20件,每个熔炼炉号的连杆锻件,配同一熔炼炉号杆身试棒(Ф90mm×200mm),同炉进行热处理。热处理完成后,对仟身试棒解剖取样,进行性能试验,性能数据见表2。经性能试验,出现部分炉号连杆锻件,其强度、硬度偏高,冲击功低于20J,不能达到技术要求的现象。后又对未达到技术要求的连杆锻件,采用提高回火温度至690~700℃,同时延长回火保温时间进行返工回火,但冲击功仍低于20J,达不到技术要求。

表2 经850℃淬火油冷+630~690℃回火后性能数据

2.原因分析针对在上述两种热处理方式下,连杆热处理均出现大批量返工的情况,我们从连杆的原材料化学成分、45钢材料特性、热处理装炉方式及冷却方式进行分析,查找原因。(1)正火热处理后,返工的连杆锻件,含碳量(质量分数)均在0.42%~O.46%的范围内。由于含碳量低,再加上装炉量大、喷雾风冷效果不好,经正火并高温回火处理后,锻件不能获得较高的强度和韧性。因此出现了在提高冲击功指标后,强度指标达不到技术要求的情况。(2)调质热处理返工的连杆锻件,含碳量(质量分数)均在0.46%~0.50%的范围内。由于含碳量高,使45钢Ac3点降低。特别是ωc=0.47%~O.49%时,Ac3点存在马鞍形的异常下降现象。此时如果仍采用860℃淬火,由于淬透性的提高,锻件抗回火性较好,即使提高回火温度和延长回火保温时间,也无法降低强度、硬度,提高连杆冲击值。3.解决方案(1)根据以上原因分析,我们选取含碳量(质量分数)为0.42%~0.45%和0.47%~0.50%的两组连杆杆身试棒,分别进行调质和正火热处理工艺试验。热处理工艺试验曲线见图1、图2。

图1 正火+高温回火工艺曲线

图2 调质热处理工艺曲线

对热处理工艺试验处理的连杆杆身试棒,取样进行性能试验,各项指标均达到技术要求。数据见表3。

表3 连杆杆身试棒热处理工艺试验数据

(2)根据热处理工艺试验数据,我们对该连杆热处理工艺进行改进。参照45钢原材料入厂复验结果,进行定碳分组:①对碳量(质量分数)在0.42%~0.45%范围内的连杆锻件,采用调质热处理工艺;淬火介质仍为N32全损耗系统用油,增强淬火介质的循环搅拌能力,提高连杆锻件的淬透性。②对于碳量(质量分数)在0.46%~O.50%范围内的连杆锻件,采用850℃正火喷雾风冷+590℃回火进行热处理;改进装炉方式,连杆锻件大小头分层摆放,层间用垫铁隔开,最大装炉量由48件减少至36件;同时将两侧风机高低错位摆放,提高喷雾风冷的效果,使锻件冷却更均匀。经改进后,喷雾风冷效果大大提高,喷雾风冷时间也缩短至40~60min。4.连杆热处理工艺改进后效果通过对该连杆热处理工艺的改进,热处理返工率大大降低。改进后,已完成连杆锻件共16炉次,300余件经热处理,热处理质量稳定。其性能数据见表4、表5。

表4 经正火喷雾风冷+高温回火后性能数据

表5 经调质处理后性能数据

为了进一步验证热处理工艺,我们抽取正火+高温回火处理(编号4-123-1、4-118-2、4-124-2)和调质处理(编号4-116-1)冲击试样进行金相分析。分析结果见表6。金相组织分别如图3~6所示。

表6 连杆金相组织及晶粒度

5.结语(1)通过对大型45钢连杆热处理工艺改进,热处理返工率大大降低,提高了连杆锻件船检的一次合格率,同时有效地保证了连杆热处理质量和综合力学性能。(2)该连杆热处理工艺的改进,对于综合性能要求较高的大型45钢产品的热处理生产,具有较高的推广价值。(end)

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