毕业论文---60si2mn弹簧钢的热处理工艺

毕业论文---60si2mn弹簧钢的热处理工艺内容摘要：

验内容包括疏松、缩孔、偏析、白点、夹杂、裂纹。 疏松 疏松是钢不致密的表现，多出现于钢锭的上部，在化学成分上疏松点的碳、硫、磷含量比集体偏高。 根据疏松在横断面上的分布位置，将疏松分为一般疏松和中心疏松。 （ 1） 一般疏松。 钢材横截面上组织不致密，腐蚀后整个截面上呈分散的小孔隙和暗黑色小圆点。 （ 2） 中心疏松。 钢材横截面上轴心区域组织不致密，腐蚀后有聚集的小孔隙、凹陷的暗黑点和中心变黑的现象。 缩孔 在钢材横截面的轴心区域，浸蚀后显现出不规则的皱折缝隙或空洞，周围 集聚严重的疏松、偏析和非金属夹杂物。 由于热加工的影响，缩孔的位置常常造成偏心。 在钢材的纵向截面上，缩孔表现为非结晶构造的条带和疏松，有时存在杂质。 正常情况下，钢锭在切除冒口时即可将冒口切去，但若缩孔较深或产生二次缩孔，以及钢锭切头量过少使缩孔未能切净，钢中仍会存在部分缩孔，或因此引起的二次裂纹，称为缩孔残余。 偏析 偏析是指钢中化学成分分布不均匀的现象。 在化学成分 13 上，偏析带上的碳、硫、磷以及其它杂质的含量较基体较高，其中以碳的增高为最显著。 经浸蚀后可能见到的偏析主要有方框形偏析、中心偏析和点状偏析。 （ 1） 方框形偏析。 在钢材的横截面上，腐蚀后显现出由致密的暗黑色小点组成的颜色较深的方框形，方框以内的组织较外部不致密。 由于热加工变形的影响，方框有时变成不规则的“◇”形、“”形乃至任意形状。 （ 2） 中心偏析。 在钢材横截面的中心部位，腐蚀后显现出形状不规则的深暗色斑点。 （ 3） 点状偏析。 在钢材的横截面上，腐蚀后显现出分散的、不同形状、不同大小、略有低陷的暗黑色斑点，在钢材的纵断面上呈暗色条带，严重时往往伴有气泡出现。 夹杂 钢中的夹杂分为三类：金属夹杂、非金属夹杂和翻皮。 （ 1） 金属夹杂。 在钢材的横截面上，浸蚀后 显现出边界清晰、与基体金属颜色明显不同的异形金属块。 （ 2） 非金属夹杂。 在钢材的横截面上，浸蚀后表现为有一定深度又不规则的小空洞，有时可见到白色或其它颜色的夹杂颗粒，分布无一定规律。 （ 3） 翻皮。 在钢材横截面上，浸蚀后可见到亮白色或暗色的、弯曲且不规则的细长带，缺陷内部及周围常常有非金属夹杂和气孔。 在纵向截面上，显示为不同颜色的非结晶构造的条纹。 ，严重时呈层状。 白点 在钢材的横截面上，浸蚀后可见到直的、弯曲的或锯齿形的细长裂纹，位置多在 1/3~1/2 半径（或壁厚）处，也有的处于中心位置。 白点的位置与钢材及 锻件的冷却条件有关，冷却越快白点越接近表面，冷却缓慢则白点趋向中心。 冷却快形成 14 的白点数量多长度短，冷却慢形成的白点数量少长度较长。 在纵向断口上，白点多显示为圆形或椭圆形的银白色斑点，直径从零点几毫米至十几毫米乃至几十毫米。 裂纹 （ 1） 轴心晶间裂纹。 轴心晶间裂纹是钢锭凝固结晶时产生的热裂纹，在热轧和锻压时未能焊合而遗留在成材中，在钢材横截面的中心区域，浸蚀后显示为蜘蛛网状裂纹。 （ 2） 发纹。 发纹是钢中夹杂和气孔等缺陷在加工时延伸而形成的，它表现为沿钢材的加工方向的类似头发丝粗细的裂纹。 .磷、硫元素偏析的检 验 正常情况下，钢中都含有微量的硫和磷，其分布也是不均匀的。 但若硫化物和磷化物偏析严重，会引起钢的热脆性和冷脆性。 采用印痕法检验磷化物和硫化物的分布状况。 验收结论：符合标准收货，不符合，退货 预备热处理 选用工艺 选用工艺为正火， 正火是将钢加热到 Ac3 或 ACcm 以上 30~50℃并保温一定时间，然后出炉在空气中冷却的热处理工艺。 与完全退火相比，二者的加热温度及保温时间相同，但正火冷却速度较快，转变温度较低，发生伪共析转变。 正火的目的 1． 低碳钢正火的目的之一是为了提高切削性能。 但是对有些含碳量低于 0． 20％的钢，即使按通常正火温度正火后，自由铁索体量仍过多，硬度过低，切削性能仍较差．为了适当 15 提高硬度，应提高加热温度 (可比 Ac3 高 100℃ )，以增大过冷奥氏体的稳定性，而且应该增大冷却速度，以获得较细的珠光体和分散度较大的铁素体。 2． 中碳钢的正火应该根据钢的成分及工件尺寸来确定冷却方式。 含碳量较高，含有合金元素，可采用较缓慢冷却速度，如在静止空气中或成堆堆放冷却，反之则采用较快冷却速度。 3． 过共析钢正火，一般是为了消除网状碳化物，故加热时必须保证碳化物全部溶入奥氏体中。 为了抑制自由碳化物的析出，使其获得伪 共析组织，必须采用较大冷却速度，如鼓风冷却、喷雾冷却，甚至油冷或水冷至 Ar1 点以下的温度取出空冷。 4． 双重正火。 有些锻件的过热组织或铸件粗大铸造组织，一次正火不能达到细化组织的目的，为此采用二次正火，始可获得良好结果．第一次正火在高于 Ac3 点以上 150— 200℃ 的温度加热，以扩散办法消除粗大组织，使成分均匀；第二次正火以普通条件进行，其目的是细化组织． 我们选择的是一次正火热处理，在 上述的目的中，我们的目的是消除原料中的残余的应力以及消除 网状碳化物。 正火作用 正火 冷却速度较退火快些，所得到的组织较细， 对于亚共析钢主要是细化晶粒，均匀组织，提高机械性能；对于力学性能要求不高的普通结构零件，正火可作为最终热处理；对于低中碳结构钢，主要是提高硬度，改善切削加工性能，高碳钢则应采用退火；对于过共析钢，有利于球化退火，为淬火作组织准备。 正火工艺规范示意图： 16 淬火加中温回火 将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。 淬火后钢件变硬，但同时变脆。 为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于 710℃ 的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。 淬火加热方式及加热 温度的确定原则 淬火一般是最终热处理工序。 因此，应采用保护气氛加热或盐炉加热。 只有一些毛坯或棒料的调质处理 (淬火、高温回火 )可以在普通空气介质中加热。 因为调质处理后尚须机械切削加工，可以除去表面氧化、脱碳等加热缺陷。 但是随着少、无切削加工的发展、调质处理后仅是一些切削加工量很小的精加工，因而也要求无氧化，脱碳加热。 淬火加热一般是热炉装料。 但对工件尺寸较大，几何形状复杂的高合金钢制工件，应该根据生产批量的大小，采用预热炉 (周期作业 )预热，或分区 (连续炉 )加热等方式进行加热。 1：淬火加热温度： 淬火加热温度，主要根据钢的相变点来确定。 对亚共析钢，一般选用淬火加热温度为 Ac3+（ 30— 50℃ )，过共析钢则 17 为 Ac1+(30— 50℃ )。 之所以这样确定，因为对亚共析钢来说，若加热温度低于 Ac3，则加热状态为奥氏体与铁素体二相组成，淬火冷却后铁素体保存下来，使得零件淬火后硬度不均匀，强度和硬度降低。 比 Ac3 点高 30— 50℃ 的目的是为了使工件心部在规定加热时间内保证达到 Ac3 点以上的温度，铁素体能完全溶解于奥氏体中，奥氏体成分比较均匀，而奥氏体晶粒又不致于粗大。 对过共析钢来说，淬火加热温度在 Ac1～ Ac3 之 间时，加热状态为细小奥氏体晶粒和未溶解碳化物，淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布的球状碳物。 这种组织不仅有高的强度和硬度、高的耐磨性，而且也有较好的韧性。 如果淬火加热温度过高，碳化物溶解，奥氏体晶粒长大，淬火后得到片状马氏体 (孪晶马氐体 )，其显微裂纹增加，脆性增大，淬火开裂倾向也增大。 由于碳化物的溶解，奥氏体中含碳量增加，淬火后残余奥氏体量增多，钢的硬度和耐磨性降低。 高于 Ac1 点 30— 50℃ 的目的和亚共析钢类似，是为了保证工件内各部分温度均高于 Ac1。 2：注意：确定淬火加热温度时，尚应考虑工件的形状、尺寸、原 始组织、加热速度、冷却介质和冷却方式等因素。 在工件尺寸大、加热速度快的情况下，淬火温度可选得高一些。 因为工件大，传热慢，容易加热不足，使淬火后得不到全部马氏体或淬硬层减薄。 加热速度快，工件温差大，也容易出现加热不足。 另外，加热速度快，起始晶粒细，也允许采用较高加热温度。 在这种情况下，淬火温度可取 Ac3+(50— 80℃ )，对细晶粒钢有时取 Ac3+100℃。 对于形状较复杂，容易变形开裂的工件，加热速度较慢，淬火温度取下限。 考虑原始组织时，如先共析铁素体比较大，或珠光体片间距较大，为了加速奥氏体均匀化过程， 淬火温度取得高一些。 对过共析钢为了加速合金碳化物的溶解，以及合金元素的均匀化，也应采取较高的淬火温度。 例如高速钢的 Ac1 点为 820—840℃ ，淬火加热温度高达 1280℃。 考虑选用淬火介质和冷却方式时，在选用冷却速度较低的淬火介质和淬火方法的情况下，为了增加过冷奥氏体的稳定 18 性，防止由于冷却速度较低而使工件在淬火时发生珠光体型转变，常取稍高的淬火加热温度。 二、淬火加热时间的确定原则 淬火加热时间应包括工件整个截面加热到预定淬火温度，并使之在该温度下完成组织转变、碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需的时间。 因此 ，淬火加热时间包括升温和保温两段时间。 在实际生产中，只有大型工件或装炉量很多情况下，才把升温时间和保温时间分别进行考虑。 一般情况下把升温和保温两段时间通称为淬火加热时间。 当把升温时间和保温时间分别考虑时，由于淬火温度高于相变温度，所以升温时间包括相变重结晶时间。 保温时间实际上只要考虑碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需时间即可。 在具体生产条件下，淬火加热时间常用经验公式计算，通过试验最终确定。 常用经验公式是。