浙江萬能達(dá)爐業(yè)有限公司

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高錳鋼熱處理工藝與裂紋的防治

發(fā)表時(shí)間：2023-06-05 12:48
一、高錳鋼鑄件如何防止裂紋的產(chǎn)生？
     針對(duì)生產(chǎn)高錳鋼鑄件的各個(gè)主要環(huán)節(jié)，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面采取措施預(yù)防裂紋的產(chǎn)生。
圖片

1、鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
      鑄件的壁厚相差太大、壁厚過渡不當(dāng)、鑄件圓角過渡太小等結(jié)構(gòu)問題均容易產(chǎn)生裂紋。因此，鑄件設(shè)計(jì)應(yīng)密切與鑄造工藝相結(jié)合，盡量避免鑄件設(shè)計(jì)不合理。例如可以將“+”字?jǐn)嗝娓臑椤癟”形斷面等。

2、鑄造工藝設(shè)計(jì)(包括各種工藝因素及澆注系統(tǒng))
     在鑄造工藝各因素中最重要的是鑄型的退讓性，其次是砂箱設(shè)計(jì)不合理。例如箱筋阻礙收縮可以產(chǎn)生裂紋，因此，箱筋距鑄件及冒口要有一定的距離。   
     澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，分散導(dǎo)人的多條內(nèi)澆道往往因阻礙鑄件收縮，而在與內(nèi)澆道聯(lián)結(jié)處開裂。應(yīng)該特別指出，在鑄件內(nèi)澆道導(dǎo)入處，局部溫度高而最后凝固，由于得不到足夠的補(bǔ)縮，收縮應(yīng)力使鑄件開裂，所以一般在內(nèi)澆道處要設(shè)置冒口補(bǔ)縮。

3、高錳鋼鑄件的冒口及冷鐵設(shè)置   
     高錳鋼鑄件的冒口設(shè)置以不用普通頂冒口為原則，因?yàn)橛靡胰惭媲懈蠲翱跁r(shí)容易造成裂紋。所以最好采用側(cè)冒口及易割冒口，冒口一般用錘打掉。鑄件設(shè)置冒口對(duì)熱節(jié)進(jìn)行補(bǔ)縮，使鑄件不產(chǎn)生縮孔及縮松，是防止內(nèi)裂的有效措施，但冒口設(shè)置又產(chǎn)生了接觸熱節(jié)，其它工藝措施要與其配合得當(dāng)。如合理地使用冷鐵，就可做到既防止內(nèi)裂又不會(huì)產(chǎn)生外裂。   
      冷鐵可以調(diào)節(jié)鑄件各部分凝固速度，可以使鑄件的缺陷發(fā)生位置遷移，同冒口配合可以擴(kuò)大冒口的補(bǔ)縮范圍。但是冷鐵使用不當(dāng)，例如使用彎曲變形的冷鐵時(shí)往往會(huì)在不適當(dāng)?shù)睦滂F長(zhǎng)度范圍內(nèi)因鑄件凝固速度不均衡而造成裂紋。冷鐵之間間隔大也可造成裂紋，高錳鋼鑄件對(duì)此很敏感，所以工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意。

4、化學(xué)成分及熔煉工藝  
      在高錳鋼中，碳和磷對(duì)裂紋的產(chǎn)生影響最大。含碳量越高，鑄件越容易產(chǎn)生裂紋。  
      鋼液的還原精煉對(duì)高錳鋼鑄件裂紋的影響也要引起重視。在高錳鋼的冶煉過程中應(yīng)嚴(yán)格控制爐渣中FeO+MnO之和不大于1.2%，因?yàn)殡S著渣中FeO+MnO之和的提高，鋼液中FeO+MnO也必升高，凝固后在晶界上析出，會(huì)使鋼變脆。
      控制澆注溫度及開箱溫度也是防止高錳鋼鑄件產(chǎn)生裂紋的有效措施。隨著澆注溫度的升高，鑄件收縮應(yīng)力增大，更重要的是晶粒粗大，柱狀晶嚴(yán)重，大大削弱了鋼的強(qiáng)度。另外，高錳鋼鑄件不應(yīng)在紅熱時(shí)打箱，把鑄件暴露在空氣中驟冷，而應(yīng)在鑄型中緩慢冷卻，對(duì)復(fù)雜的鑄件應(yīng)當(dāng)在溫度降低至200℃左右才宜打箱。

5、熱處理工藝
     裝爐時(shí)爐溫與鑄件的溫差是否合適是裂紋產(chǎn)生的一個(gè)重要因素。鑄件入爐后要均溫1~1. 5 h后再升溫，以使鑄件緩慢升溫，低溫階段(650℃以下)升溫速度是產(chǎn)生裂紋的關(guān)鍵。一般較復(fù)雜鑄件的升溫速度不應(yīng)超過50 ℃/h，否則鑄件易開裂。

二、高錳鋼的熱處理如何進(jìn)行？

耐磨高錳鋼鑄件的固溶熱處理目的：
      消除鑄態(tài)組織中晶內(nèi)和晶界上的碳化物,得到單相奧氏體組織,提高高錳鋼的強(qiáng)度和韌度,擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。要消除其鑄態(tài)組織的碳化物,須將鋼加熱至1040℃以上,并保溫適當(dāng)時(shí)間,使其碳化物完全固溶于單相奧氏體中,隨后快速冷卻得到奧氏體固溶體組織。這種固溶熱處理又稱為水韌處理。
     水韌處理耐磨高錳鋼的鑄態(tài)組織中有大量析出的碳化物,因而其韌度較低,使用中易斷裂。

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水韌處理的溫度:


      水韌溫度取決于高錳鋼成分,通常為1050~1100℃含碳量高或者合金含量高的高錳鋼應(yīng)取水韌溫度的上限,如ZGMn13鋼和GXl20Mn17鋼。但過高的水韌溫度會(huì)導(dǎo)致鑄件表面嚴(yán)重脫碳,并促使高錳鋼的晶粒迅速長(zhǎng)大,影響高錳鋼的使用性能。

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加熱速率:


       高錳鋼比一般碳鋼的導(dǎo)熱性差,高錳鋼鑄件在加熱時(shí)應(yīng)力較大而易開裂,因此其加熱速率應(yīng)根據(jù)鑄件的壁厚和形狀而定。一般薄壁簡(jiǎn)單鑄件可采用較快速率加熱;厚壁鑄件則宜緩慢加熱。為減少鑄件在加熱過程中變形或開裂,生產(chǎn)上常采用預(yù)先在650℃左右保溫,使厚壁鑄件內(nèi)外溫差減小,爐內(nèi)溫度均勻,之后再快速升到水韌溫度的處理工藝。

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保溫時(shí)間:


       保溫時(shí)間主要取決于鑄件壁厚,以確保鑄態(tài)組織中的碳化物完全溶解和奧氏體的均勻化。通常保溫時(shí)間可按鑄件壁厚25mm保溫lh計(jì)算。

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冷卻:


       冷卻過程對(duì)鑄件的性能指標(biāo)及組織狀態(tài)有很大的影響。
       水韌處理時(shí)鑄件入水前的溫度在950℃必上,以免碳化物重新析出。
      高錳鋼水韌處理多用臺(tái)車式熱處理爐。鑄件入水常用自動(dòng)傾翻或吊籃吊淬方式。前者對(duì)大件及形狀復(fù)雜的薄壁件易引起變形,淬火后鑄件從水池中取出也較為困難;后者淬火后取出鑄件方便,但吊籃消耗大。

耐磨高錳鋼鑄件的鑄態(tài)余熱熱處理：
      為縮短熱處理周期,可利用鑄態(tài)余熱進(jìn)行高錳鋼水韌處理。其工藝為:鑄件于1100~1180℃時(shí)自鑄型中取出,經(jīng)除芯清砂后,鑄件溫度允許冷卻到900~1000℃,然后裝入加熱到l050—1080℃的爐內(nèi)保溫3~5h后水冷。該處理工藝簡(jiǎn)化了熱處理工藝,但生產(chǎn)操作上有一定難度。

耐磨高錳鋼鑄件的沉淀強(qiáng)化熱處理：

     耐磨高錳鋼沉淀強(qiáng)化熱處理的目的,是在加入適量碳化物形成元素(如鉬、鎢、釩、鈦、鈮和鉻)的基礎(chǔ)上,通過熱處理方法在高錳鋼中得到一定數(shù)量和大小的彌散分布的碳化物第二相質(zhì)點(diǎn),強(qiáng)化奧氏體基體,提高高錳鋼的抗磨性能。這種熱處理方式花費(fèi)較高,工藝也較為復(fù)雜。







引自：熱處理生態(tài)圈