雷海濤 楊曉紅 馬淑謹
卷取機是將熱軋或冷軋鋼材卷取成卷筒狀的軋鋼車間核心輔助設備,延伸軸在卷取機進行鋼板卷取過程中起外部支撐的作用,該工件法蘭面與軸體的直徑方向尺寸差別大,是典型的臺階軸結構。使用延伸軸結構的卷取機主要進行熱軋鋼板的卷取,卷取鋼板時鋼板溫度大約700℃,因此選用2Cr13不銹鋼鋼制造,在熱處理后需達到一定的強度及韌性,且具有一定的耐腐蝕性能,保證卷取機的使用壽命。圖1虛線標注處為臺階軸即為延伸軸,與延伸軸緊挨的部位為鋼板的卷取位置。
從原件可以看出,裂紋沿著臺階R處外圓環(huán)向開裂,但未閉合;裂紋剖面存在一定的微氧化。
用臺式光譜MAXx06-F對裂紋部位的割取試塊進行檢測,結果見表1。
圖1 卷取機示意圖
圖2 延伸軸熱處理前加工圖
用威爾遜 VH1150 維氏硬度機進行GB/T4340.1—1999金屬維氏硬度試驗,結果見表2。從硬度檢測結果來看,硬度值符合圖紙要求的硬度值HB290-320,與熱處理后硬度檢測結果一致。
根據(jù)金相組織檢測結果,組織為主要回火索氏體組織,在500x下觀察,組織中存在保留馬氏體位向的回火索氏體,隱約可見晶界,并且有少量的殘余奧氏體。調質組織符合要求。
表1 延伸軸材質2Cr13化學成分檢測分析結果
機械性能檢測見表3。
表2 延伸軸調質后硬度值檢測情況
表3 延伸軸熱處理后力學性能檢測結果
采用熱模擬軟件Deform,模擬計算回火后不同的冷卻介質產(chǎn)生的內應力。由于此裂紋發(fā)現(xiàn)在回火后,考慮到2Cr13材質調質回火后會產(chǎn)生回火脆性,故在回火后進行水冷消除回火脆性。生產(chǎn)當天水溫50℃左右,按照560℃工件出爐進行水冷至50℃左右的要求,對工件自身內應力進行模擬,在開裂的R角處,選取5處作為參照點,用以分析水冷過程中5個點的應力分布。見圖1、圖2。
根據(jù)工件水冷與油冷應力分析對比,水冷比油冷應力大。在冷卻2850s時,水冷產(chǎn)生的應力最大為481Mpa。因此2Cr13延伸軸回火后為了消除回火脆性,也采用應力較大的水冷。
根據(jù)分析結果,工件的化學成分、金相組織特征、硬度、機械性能均符合要求;使用Deform熱模擬軟件,對回火的工件在水冷過程中產(chǎn)生的應力進行模擬,最大的應力為481Mpa,已達到屈服強度的63%左右;根據(jù)《YB/T 036.16--92冶金設備制造通用技術條件.熱處理件標準》中3.8條的要求,此延伸軸屬于典型的臺階軸D-d = 736-350 =386,大于200,接近400,故依據(jù)此標準過渡圓角應R≥35,而鍛件粗加工要求的R為30,過渡圓角偏??;故造成該延伸軸開裂的主要原因為:此延伸軸截面較大,回火后采用水冷消除回火脆性時冷速較快,產(chǎn)生較大的應力是造開裂的直接原因,過渡R角偏小是造成開裂的間接原因。
圖1 水冷卻時間與工件溫度的變化曲線
圖2 冷卻時間與應力變化曲線
對于此類延伸軸,將過渡R角加大至40,并在淬火后改用油冷消除回火脆性,增加回火油冷后采用350℃回火15小時左右,消除回火產(chǎn)生的內應力,至今沒有出現(xiàn)由于內應力釋放產(chǎn)生的延伸軸開裂使工件報廢的情況。