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長沙感應淬火對于高溫緊固件熱處理的闡述

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長沙感應淬火對于高溫緊固件熱處理的闡述

發布日期:2017-09-24 作者: 點擊:

長沙感應淬火對于高溫緊固件熱處理的闡述

1.1 試驗資料 
   試驗資料取自某電廠退役的汽輪機螺栓,其化學成分(%)為:0.24 C,12.22 Cr,0.62 Ni,0.93 Mo,1.25 W,0.30 V,0.20 Si,0.64 Mn,0.016 P,0.010 S。 
1.2 試驗方法 
   首先對試驗用鋼進行退火,退火工藝為870 ℃加熱3 h,以20 ℃/h冷至700 ℃保溫3 h,随後爐冷至500 ℃出爐空冷。退火組織(圖1)為鐵素體基體上散布着顆粒狀碳化物和必定數量的晶界碳化物。退火後的資料加工成沖擊試樣毛坯,随後進行不同溫度淬火和回火處理,最終經磨削和線切割加工成為10 mm×10 mm×55 mm規範夏比沖擊試樣。 
1 退火組織 
淬火加熱使用4 kW高溫箱式電爐,挑選950、980、1 010、1 040、1 055、1 070、1 100、1 130、1 160 ℃等不同淬火加熱溫度進行試驗。各試樣淬火加熱時間為4 min/mm,出爐後油冷。回火在5 kW多用爐中進行,挑選650、680、710 ℃三種回火溫度,回火時間6 h,出爐後空冷。 
   對經過不同熱處理的試樣進行室溫沖擊試驗,測定沖擊耐性值。使用沖斷的試樣進行斷口分析、金相分析和硬度丈量。金相分析所用浸蝕劑為三氯化鐵硝酸水溶液。奧氏體晶粒度的測定按Hilliard方法進行[1],所用腐蝕劑為飽滿苦味酸水溶液加少數烷基苯磺酸鈉。 
2 試驗結果與分析 
2.1 淬火溫度對奧氏體晶粒度的影響 
   淬火溫度對奧氏體晶粒度的影響見表1。由表1可知,随淬火溫度升高,奧氏體晶粒長大,溫度低于1 070 ℃時,晶粒長大的傾向較小,當溫度高于1 070 ℃時,晶粒長大速度加快。由于淬火加熱過程中,未溶碳化物相的數量直接影響奧氏體晶粒标準,未溶碳化物數量愈多,奧氏體晶粒标準愈小[2]。因此,表1中的數據闡明,淬火溫度抵達1 070 ℃時,原始組織中的碳化物已大部分溶入奧氏體中,然後使阻止晶界搬遷的障礙物大大減少,奧氏體長大速率加快。 
表1 淬火溫度對奧氏體晶粒度的影響 
淬火溫度/℃   980 1040 1070  1100 1130 1160 
奧氏體晶粒度等級/級  6.7 6.4 6.2 - 5.2 - 
2.2 淬火溫度對硬度和沖擊耐性的影響 
   在680 ℃和710 ℃回火時,淬火溫度對沖擊耐性及硬度的影響見圖2。在相同回火溫度下,跟着淬火加熱溫度升高,硬度連續前進。這是由于随加熱溫度升高,合金碳化物溶入奧氏體中的數量增加,使奧氏體及随後獲得的馬氏體的合金化程度前進,然後前進馬氏體的抗回火穩定性。淬火溫度對沖擊耐性的影響較為複雜,随淬火溫度升高沖擊耐性增加,當淬火溫度超越1 040 ℃時,沖擊耐性增加顯着;在710 ℃回火條件下,1 055~1 070 ℃淬火時,沖擊耐性抵達最大;超越1 100 ℃淬火時,随淬火溫度升高,沖擊耐性反而下降。 
圖 2 淬火溫度對硬度和沖擊耐性的影響 
(a)680 ℃;(b)710 ℃ 
圖 3 淬火金相組織 
(a) 980 ℃;(b) 1 070 ℃ 
       不同淬火溫度下試樣的金相組織見圖3。淬火組織為闆條馬氏體,闆條束的位向符合必定的晶體向。随淬火溫度升高,馬氏體闆條标準增加。在980 ℃淬火時,由于淬火溫度較低,淬火組織中還保存有晶界碳化物,當淬火溫度前進至1 055~1 070 ℃時,晶界碳化物幾乎悉數溶于奧氏體中。 
圖4 回火溫度對沖擊耐性的影響 
2.3 回火溫度對硬度和沖擊耐性的影響 
   回火溫度對沖擊耐性和硬度的影響見圖4和5。在650~710 ℃溫度範圍内,在相同淬火溫度下,随回火溫度升高沖擊耐性增加,硬度下降。回火溫度高于680 ℃時,沖擊耐性增加和硬度下降的幅度顯着增大,标明高于680 ℃回火改動的速率顯着加快。所以,關于2Cr12NiMoWV鋼隻要在高于680 ℃以上溫度回火,才能使回火改動較為充分地進行,保證回火後的組織具有滿足的穩定性和較高的耐性。 
圖5 回火溫度對硬度的影響 
2.4 斷口分析 
   在本試驗條件下,經各種不同熱處理的沖擊試樣的微觀斷口形貌大緻相似,均由韌窩區和準解理開裂區組成(圖6)。斷口分析标明,韌窩區的寬度與試樣沖擊耐性之間有傑出的對應聯絡,韌窩區寬度較大的試樣,其沖擊耐性值較高;而耐性較高的試樣,其準解理區撕裂棱較細密,撕裂單元較小。 
2.5 高溫緊固螺栓的熱處理 
   高溫緊固螺栓是保證汽輪機安全工作的關鍵零件。依據螺栓的服役條件,要求進行調質處理,為防止螺栓在裝拆時發作脆斷,要求其必須具有較高的室溫沖擊耐性。具體的技術要求為HB 277~331,aK>35 J/cm2 [3]。概括本次試驗結果,選定1 055~1 070 ℃淬火,700~710 ℃回火作為螺栓的熱處理工藝。經此工藝處理,不隻可以保證螺栓具有較高的強度和耐性,而且可以保證其在長時間服役中具有較穩定的組織。處理後螺栓的硬度為HB 287~299,aK=40~62 J/cm2,均滿足技術條件要求。 
3 評論 
  (1) 依據圖2,710 ℃回火條件下,随淬火溫度升高,沖擊耐性先增加後下降。分析這種現象發生的原因,标明奧氏體的晶粒标準和晶界碳化物的溶解程度是影響淬火高溫回火的2Cr12NiMoWV鋼沖擊耐性的主要要素。随淬火溫度升高,碳化物溶解的數量增加,特别是退火組織中晶界碳化物溶入奧氏體中,使晶粒間的結合力前進,然後前進了沖擊耐性;另一方面,随淬火溫度升高,奧氏體晶粒長大,下降了沖擊耐性。當淬火溫度低于1 055 ℃時,前一種 
圖 6 沖擊試樣斷口形貌 
(a) 韌窩區;(b) 準解理區 
       要素占主導地位,表現為随溫度升高,沖擊耐性增加;當淬火溫度抵達1 055~1070 ℃時,晶界碳化物幾乎悉數溶入奧氏體中,沖擊耐性抵達最大;持續前進淬火溫度,奧氏體晶粒粗化,後一要素轉而起主導作用,使沖擊耐性顯着下降 
   (2) 文獻中引薦的2Cr12NiMoWV鋼的淬火溫度區間多為980~1 040 ℃[4.5]。依據本試驗結果,由于該鋼退火組織中難以防止地存在适當數量的晶界碳化物,在上述區間淬火,晶界碳化物難以大量溶解,造成調質後室溫沖擊耐性較低。若恰當前進淬火溫度至1 055~1 070 ℃,大部分晶界碳化物已溶解,且奧氏體晶粒尚未顯着粗化,而随後再以恰當溫度進行回火,則可以獲得傑出的室溫強度和耐性的合作。 
   文獻[6]研究了淬火溫度對2Cr12NiMoWV鋼高溫功能的影響。結果标明,随淬火溫度前進,耐久強度(σ570105)增加,980、1 040、1 100 ℃淬火後680 ℃回火,σ570105分别為85.3、114.7、122.6 MPa。三種溫度淬火的特久塑性無顯着差異,伸長率(δ10)均大于10 %。所以恰當前進淬火溫度,不隻可以顯着前進室溫沖擊耐性,而且可以在不下降耐久塑性的條件下,使耐久強度得到前進。 
   若将淬火溫度前進至1 100 ℃,室溫沖擊耐性大大下降,而耐久強度值也增加得很少,而且由于奧氏體晶粒粗化,使鋼的缺口敏感性增加,這關于高溫緊固螺栓這一帶缺口零件而言是不希望的。綜上所述,建議2Cr12NiMoWV鋼在1 055~1 070 ℃溫度區間加熱淬火。 
4 結論 
   (1) 在相同回火溫度下,2Cr12NiMoWV鋼随淬火溫度升高,硬度前進;而室溫沖擊耐性先增加後下降,在1 055~1 070 ℃溫度區間抵達最大值。建議該鋼淬火加熱溫度區間為1 055~1 070 ℃。 
   (2) 用2Cr12NiMoWV鋼制作的汽輪機高溫緊固螺栓的調質熱處理工藝為1 055~1 070 ℃淬火、700~710 ℃回火。經該工藝處理的試樣其硬度為HB 287~299,沖擊耐性為40~62 J/cm2,可以滿足螺栓的技術要求。

相關标簽:長沙感應淬火

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