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        ZG22CrNiMo大型鑄件調(diào)質(zhì)處理工藝研究

        2022-09-20 06:16:20盧俊玲馬濤孫永鵬佟玉龍
        金屬加工(熱加工) 2022年9期
        關(guān)鍵詞:調(diào)質(zhì)試塊鐵素體

        盧俊玲,馬濤,孫永鵬,佟玉龍

        寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司 寧夏石嘴山 753001

        1 序言

        某大型鑄件材料為Z G22C r N i M o,重量為1315kg,要求調(diào)質(zhì)硬度280~320HBW,無(wú)裂紋,力學(xué)性能滿足技術(shù)要求。ZG22CrNiMo材料淬透性較高,無(wú)回火脆性,具有優(yōu)良的焊接性,選擇此材料能夠很好地滿足零件使用性能,但該材質(zhì)不是國(guó)標(biāo)材料且首次試制,無(wú)相關(guān)熱處理參數(shù),因此需通過(guò)工藝試驗(yàn)、檢測(cè)力學(xué)性能,來(lái)確定零件熱處理工藝參數(shù)。

        2 試驗(yàn)方案

        2.1 淬火冷卻介質(zhì)

        眾所周知,低碳合金工程結(jié)構(gòu)用鋼調(diào)質(zhì)一般選用水淬,然而大型鑄件的縮松、氣孔等缺陷不可避免,水淬會(huì)造成因缺陷擴(kuò)展而形成裂紋,因此必須選用低溫冷卻速度較慢的淬火冷卻介質(zhì)進(jìn)行淬火。調(diào)研周邊生產(chǎn)廠家,淬火冷卻介質(zhì)只有普通機(jī)械油,冷卻能力差,達(dá)不到預(yù)期的力學(xué)性能要求,最終選擇濃度為10%~15%的水基淬火液作為淬火冷卻介質(zhì)。

        2.2 淬火參數(shù)

        資料顯示,ZG20CrNiMo選用880℃水淬[1],ZG30CrNiMo選用880℃油淬[2],參考以上兩種材料確定試驗(yàn)淬火溫度為880℃,回火溫度為480~520℃。

        3 試驗(yàn)過(guò)程

        3.1 試塊試驗(yàn)

        按照制定的工藝參數(shù),用大型鑄件的2個(gè)隨爐試塊(編號(hào)為1#、2#)進(jìn)行試驗(yàn),880℃保溫1.5h,淬火液濃度為13.5%,檢測(cè)淬火硬度為310~322HBW,回火后力學(xué)性能見(jiàn)表1。

        從表1可看出,雖然試樣的拉伸性能滿足技術(shù)要求,但沖擊性能很低,除了試樣斷口處有氣孔缺陷外,淬火硬度不足也是一個(gè)重要原因。為了查找根本原因,從5個(gè)鑄態(tài)試塊上取樣,對(duì)金相組織和材料成分作進(jìn)一步分析,見(jiàn)表2。

        表1 880℃淬火試塊回火后力學(xué)性能

        從表2可看出,除了V元素外,其余元素含量均符合要求,添加0.2%的V是為了細(xì)化晶粒,提高強(qiáng)度和淬透性,但V元素會(huì)縮小γ區(qū),提高Acm點(diǎn),對(duì)淬火硬度有影響;金相組織為“回火索氏體+不明顯的塊狀、條狀鐵素體”,有未溶鐵素體(見(jiàn)圖1),說(shuō)明淬火溫度略低,導(dǎo)致淬火后硬度低。

        圖1 880℃調(diào)質(zhì)金相組織

        表2 ZG22CrNiMo化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

        綜合分析化學(xué)成分和金相組織結(jié)果,將淬火溫度由880℃提高至900℃進(jìn)行二次試驗(yàn)。參數(shù)為900℃保溫1.5h,淬火液濃度15%,用2個(gè)鑄造隨爐試塊(編號(hào)為3#、4#)進(jìn)行試驗(yàn),檢測(cè)3#試塊淬火硬度為330~363HBW,回火硬度及力學(xué)性能見(jiàn)表3。

        對(duì)比表1和表3數(shù)據(jù)可知,強(qiáng)度指標(biāo)變化小,沖擊吸收能量和沖擊韌度提高約2倍,達(dá)到技術(shù)要求,金相組織為“回火索氏體+極少量的不明顯的鐵素體”(見(jiàn)圖2),說(shuō)明加熱、冷卻充分,因此按照此參數(shù)對(duì)零件實(shí)物進(jìn)行淬火試驗(yàn)。

        圖2 900℃調(diào)質(zhì)金相組織

        表3 900℃淬火試塊回火硬度及力學(xué)性能

        3.2 實(shí)物零件試驗(yàn)

        實(shí)物零件淬火試驗(yàn)如圖3所示。將零件側(cè)立裝于料架上,以減小變形,900℃保溫3h,淬火液濃度15%,每爐裝1件,共淬火2件,硬度及加工后外觀見(jiàn)表4。

        圖3 實(shí)物零件淬火試驗(yàn)

        表4 實(shí)物零件熱處理工藝及硬度

        4 結(jié)束語(yǔ)

        1)Z G22C r N i M o大型鑄件材料中加入V元素,通過(guò)試驗(yàn)確定的調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)為:900℃保溫3h,用10%~15%的淬火液淬火,分3次冷卻,時(shí)間分別為5min、2min、2.5min,控制終冷返熱溫度60~120℃;600℃保溫3h回火,硬度可達(dá)280~320HBW,抗拉強(qiáng)度為1020MPa,下屈服強(qiáng)度為 921MPa,沖擊韌度≥50J/cm2,達(dá)到技術(shù)要求。

        2)經(jīng)900℃淬火、600℃回火后,金相組織為回火索氏體+極少量的不明顯的鐵素體,比880℃淬火、490℃回火組織更為均勻。

        3)零件精車加工時(shí)未發(fā)現(xiàn)熱處理裂紋,達(dá)到預(yù)期效果。

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