轴的热处理

2019-03-0810:42:07轴的热处理已关闭评论

零件名称:轴,见图8-11。

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图8-11 轴

材质: 0Cr13Ni4Mo。

热处理要求:

(1)调质力学性能: R,780~980N/mm2; R≥685N/mp0.2 mm2; A≥15%; A≥49J;硬度,285~321HB。KVISO

(2)轴径镀铬,55~60HRC。

1.零件常见的失效形式及应具备的性能

该轴在运行中的转速为5200r/min,在高速运转的同时,还要带动叶轮和水介质,工作状态受力复杂,要承受弯曲、扭曲、冲击、疲劳等多种作用力,一旦变形或断裂,将造成严重的后果。轴颈部位还有强摩擦。介质为有一定温度并稍有腐蚀性的水介质。

该轴设计要求有较高的强度、塑韧性,轴颈应耐磨,轴还应有最小的应力和良好的稳定性,以防止运转时产生振动和噪声。

2.材料选用原则及热处理方法选择

马氏体不锈钢0Cr13Ni4Mo是发展比较晚的、具有较优良力学性能和热处理性能的新型不锈钢。其具有较好的耐腐蚀性能,通过调质处理可调整力学性能,有合适的强度和韧性配合,满足受力复杂情况下的强度要求,可以配之各种表面强化处理,提高耐磨性,有较高的抗回火性,在较高的回火温度下保持优良性能,所以,可用较高的温度进行消除应力处理,保证零件具有较低的应力和稳定的组织。

该轴选用0Cr13Ni4Mo钢是合理的。

3.零件主要加工工序

锻造——退火(A)——粗加工——调质(B)——矫直——高温去应力处理(C)——性能检验——机械加工——探伤——高温去应力处理(D)——铣槽——半精加工——探伤——镀铬——去氢退火(E)——精车——磨削——检查。

4.热处理工艺分析及应注意的问题

(A)退火。

轴坯锻造后存在应力,硬度偏高,不易加工,还可能存在不稳定组织,所以,应进行锻后退火处理,具体工艺见图8-12。0Cr13Ni4Mo钢的AC1点很低,退火温度不能太高,超过相变点后再冷却下来,组织中可能存在马氏体,硬度升高,组织不稳定。所以,退火温度一般选在620~640℃,充分保温后空冷,即可保证硬度不大于200HB,获得具有板条马氏体形态的索氏体组织。

(B)调质。

调质处理是为了保证轴达到要求的力学性能。具体的工艺见图8-13。

0Cr13Ni4Mo钢的相变点较低,研究表明,加热到850℃左右时,材料即可获得奥氏体组织。但其合金元素较高,为使碳和合金元素能较好地溶解,使奥氏体成分充分均匀化,采用1020~1050℃加热是合适的。更高的加热温度可能引起晶粒长大和合金元素过量溶解,淬火后会增加残余奥氏体含量及塑韧性下降。

淬火加热保温后采用油冷却。该材料淬透性很好,冷却太激烈或出油温度太低,可能产生淬火裂纹(特别是零件截面较大时)。淬火冷却出油温度应不低于80℃或采用间断油冷的方式冷却。

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图8-12 退火工艺

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图8-13 调质工艺

淬火后应及时回火,根据力学性能要求,回火温度选在580~600℃之间是合适的,回火可采用空冷。该材料如果在480~520℃之间回火,会使韧性下降,应避免在这个温度回火。

0Cr13Ni4Mo回火温度过低,达不到回火的目的,硬度高,塑韧性不足,但回火温度超过640℃,也会使材料硬度高,塑韧性下降,这是因为该材料的A C1点较低,超过640℃回火,会超过A C1点,加热保温过程中将产生奥氏体,而冷却后转变成马氏体。

一旦因回火温度过高而引起硬度升高和塑韧性降低,可在原回火温度或略低于原回火温度重新回火一次。

回火冷却采用空冷可达到技术要求,但采用油冷,则会使韧性有所提高。

(C)、(D)高温消除应力。

在本轴的加工工序中,安排了两次高温消除应力工序。具体工艺见图8-14。

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图8-14 高温去应力工艺

第一次高温消除应力(C)是考虑轴在调质处理时,有可能产生弯曲,并用机械法矫直,这次高温消除应力就是消除机械矫直时产生的应力,因为轴经过机械矫直产生的应力不及时消除,会在以后的时间里,甚至在运转过程中慢慢释放,这会引起已经加工好的轴又产生弯曲变形,对设备的性能产生不利的影响,因此,矫直应力必须及时消除。当然,如果轴在调质时不产生弯曲,不经过矫直,则这次高温去应力可不进行。

第二次高温消除应力(D)是为消除机械加工中产生的应力,机械加工产生的应力不消除,同样会引起不良的后果。

高温消除应力的加热温度采用550~570℃,这是考虑要低于调质回火温度以下20~30℃的原则,又避开在520℃以下加热可能产生的脆性。

(E)去氢处理。

去氢处理的目的主要是去除轴颈在镀铬时,镀铬层中产生的氢,这种氢存在于镀层中,会引起镀层的脆性增加和剥落。采用180~220℃的温度足以达到去氢的目的。具体的工艺见图8-15。

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图8-15 去氢处理工艺

这个去氢温度恰好与低温消除应力的温度一致,所以,同时起到了消除轴在半精加工过程中产生的机械加工应力的作用。

对于某些要求高精度、高稳定性的轴或其他零件,采取低温消除应力工序是必要的,例如与这个轴相似等级的零件,即使没有镀铬,同样有低温消除应力处理的工序。

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