雷海濤 楊曉紅 馬淑謹(jǐn)
卷取機(jī)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(shè)備,延伸軸在卷取機(jī)進(jìn)行鋼板卷取過(guò)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(tái)階軸結(jié)構(gòu)。使用延伸軸結(jié)構(gòu)的卷取機(jī)主要進(jìn)行熱軋鋼板的卷取,卷取鋼板時(shí)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(dá)到一定的強(qiáng)度及韌性,且具有一定的耐腐蝕性能,保證卷取機(jī)的使用壽命。圖1虛線標(biāo)注處為臺(tái)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(tái)階R處外圓環(huán)向開(kāi)裂,但未閉合;裂紋剖面存在一定的微氧化。
用臺(tái)式光譜MAXx06-F對(duì)裂紋部位的割取試塊進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果見(jiàn)表1。
圖1 卷取機(jī)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(jī)進(jìn)行GB/T4340.1—1999金屬維氏硬度試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表2。從硬度檢測(cè)結(jié)果來(lái)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(cè)結(jié)果一致。
根據(jù)金相組織檢測(cè)結(jié)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(jiàn)晶界,并且有少量的殘余奧氏體。調(diào)質(zhì)組織符合要求。
表1 延伸軸材質(zhì)2Cr13化學(xué)成分檢測(cè)分析結(jié)果
機(jī)械性能檢測(cè)見(jiàn)表3。
表2 延伸軸調(diào)質(zhì)后硬度值檢測(cè)情況
表3 延伸軸熱處理后力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果
采用熱模擬軟件Deform,模擬計(jì)算回火后不同的冷卻介質(zhì)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。由于此裂紋發(fā)現(xiàn)在回火后,考慮到2Cr13材質(zhì)調(diào)質(zhì)回火后會(huì)產(chǎn)生回火脆性,故在回火后進(jìn)行水冷消除回火脆性。生產(chǎn)當(dāng)天水溫50℃左右,按照560℃工件出爐進(jìn)行水冷至50℃左右的要求,對(duì)工件自身內(nèi)應(yīng)力進(jìn)行模擬,在開(kāi)裂的R角處,選取5處作為參照點(diǎn),用以分析水冷過(guò)程中5個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力分布。見(jiàn)圖1、圖2。
根據(jù)工件水冷與油冷應(yīng)力分析對(duì)比,水冷比油冷應(yīng)力大。在冷卻2850s時(shí),水冷產(chǎn)生的應(yīng)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(yīng)力較大的水冷。
根據(jù)分析結(jié)果,工件的化學(xué)成分、金相組織特征、硬度、機(jī)械性能均符合要求;使用Deform熱模擬軟件,對(duì)回火的工件在水冷過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行模擬,最大的應(yīng)力為481Mpa,已達(dá)到屈服強(qiáng)度的63%左右;根據(jù)《YB/T 036.16--92冶金設(shè)備制造通用技術(shù)條件.熱處理件標(biāo)準(zhǔn)》中3.8條的要求,此延伸軸屬于典型的臺(tái)階軸D-d = 736-350 =386,大于200,接近400,故依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)過(guò)渡圓角應(yīng)R≥35,而鍛件粗加工要求的R為30,過(guò)渡圓角偏?。还试斐稍撗由燧S開(kāi)裂的主要原因?yàn)椋捍搜由燧S截面較大,回火后采用水冷消除回火脆性時(shí)冷速較快,產(chǎn)生較大的應(yīng)力是造開(kāi)裂的直接原因,過(guò)渡R角偏小是造成開(kāi)裂的間接原因。
圖1 水冷卻時(shí)間與工件溫度的變化曲線
圖2 冷卻時(shí)間與應(yīng)力變化曲線
對(duì)于此類延伸軸,將過(guò)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(shí)左右,消除回火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,至今沒(méi)有出現(xiàn)由于內(nèi)應(yīng)力釋放產(chǎn)生的延伸軸開(kāi)裂使工件報(bào)廢的情況。