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贵阳模具钢材热处理裂纹-时效裂纹

作者:天津浙建钢铁天津11选5 来源:www.mxgrnbg.com 日期:2020-11-20
2018/12/11 15:00:54 模具钢材热处理裂纹-时效裂纹

有些合金如GH141镍基高温合金,在固溶处理时,碳化物全部溶入基体中,在760~870℃之间保温,会在晶界生成连续的M23C6碳化物薄膜,使合金脆化,这种材料的焊接件,在标准热处理时会产生应变时效裂纹。

为了减少GH141合金焊接件应变时效裂纹倾向,除在焊接时采取相应的措施外,可在焊前经过时效处理,或在焊前控制固溶处理后的冷却速度的方法(如表1所示)。然后再进行标准热处理。对于大型和复杂的焊接结构件,为避免变形,焊后不允许重新固溶处理时,则可采用两次时效处理工艺,即900℃×1h,760℃×10h。

表1 减少GH141合金应变时效倾向的焊前热处理工艺
工艺名称 热处理工艺
控制退火 固溶1080℃,保温适当时间后,以22℃/min冷却到650℃后空冷
过时效处理 1080℃×30min以1.7~4.4℃/min冷却到980℃×4h,以1.7~4.4℃/min冷却到870℃×4h,再以1.7~4.4℃/min冷却到760℃×16h后空冷


影响淬火裂纹形成的因素-钢件的化学成分及原始组织
钢件的化学成分
钢的含碳量和合金元素对钢的淬裂倾向有重要影响。

一般说来,随着马氏体中碳含量的增加,板条马氏体逐渐变为孪晶马氏体,淬火显微裂纹也会增加,从而增大了马氏体的脆性,降低了钢的脆断强度,增大了淬火裂纹倾向。

钢中含碳量增加时,热应力影响减弱,组织应力影响增强。水中淬火时,工件的表面压应力变小,而中间的拉应力极大值向表面靠近。油中淬火时,表面拉应力变大。所有这些都增加了淬火开裂倾向。

淬火开裂发生在碳的质量分数为0.4%以上,Ms点330℃以下的钢中。碳的质量分数低于0.4%,Ms点在330℃以上的钢并不产生淬火裂纹。

生产实践证明,选用ωc=0.4%以下的钢种可以避免零件的淬火裂纹。

合金元素对淬裂的影响是复杂的。合金元素增多时,钢的导热性降低,增大相变的不同时性;同时因合金含量增大,强化了奥氏体,难以通过塑性变形来松弛应力,因而增加热处理内应力,有增加淬裂的倾向。然而合金元素含量增加,提高了钢的淬透性,可以用较缓和的淬火介质淬火,可以减少淬裂倾向。此外有些合金元素的如钒、铌、钛等有细化奥氏体晶粒的作用,减少钢的过热倾向,因而减少了淬裂倾向。

原始组织的影响
淬火前钢件的原始状态和原始组织对淬裂的影响很大。大量的生产实践证明,在结构钢中,铸态、锻造状态、焊接状态、热轧状态和冷轧状态的工件,由于管理不当,遗漏了预备热处理或未进行正确的预备热处理,常常是造成淬火裂纹的重要原因。这些状态,由于粗大的奥氏体晶粒和严重魏氏组织存在,或者未得到消除,重新淬火时,这些粗大组织将被“遗传”,使得淬火马氏体组织粗大,脆性增大,同时,由于粗大的原始组织引起组织的不均匀性增大,内应力增大,这些都导致了淬火开裂。

在工具钢、轴承钢中,淬火前原始组织中的珠光体(钢板切割)的形态、数量和分布,以及碳化物的溶解数量、形态和分布对淬火开裂的倾向有很大的影响。

片状珠光体与球状珠光体相比,在加热温度偏高易引起奥氏体晶粒长大,容易过热,所以对原始组织为片状珠光体的钢件,必须严格控制淬火加热温度和保温时间。否则,将因钢件过热导致淬火开裂。

具有球状珠光体原始组织的钢件,在淬火加热时,因为球状碳化物比较稳定,在向奥氏体转变过程中,碳化物的溶解较慢,往往残留少量的碳化物,这些残留碳化物阻碍了奥氏体晶粒长大,与片状珠光体的比体积也较片状珠光体的大,所以淬火后球状珠光体比体积变化小。因此原始组织为均匀球状珠光体的钢对减少裂纹来说,是淬火前较理想的组织状态。实践证明,片状珠光体较球状珠光体淬裂倾向性大,在片状珠光体中,片间距越小,淬裂倾向性越大。

在工具钢中碳化物不均匀性对形成裂纹也有一定的影响。退火后网状分布的碳化物是不允许的,这不仅因为钢的淬裂倾向高,而且网状碳化物的存在能降低工具的使用性能。

生产中,常常产生重复淬火开裂现象。这是由于二次淬火前未进行中间正火或中间退火所致。未经退火而直接二次淬火重新加热时,奥氏体晶粒极易显著长大,引起过热。因为过热时晶粒的长大受到一定的限制。另外,虽然淬火前的加热能减少前一次淬火时的内应力,但是并不能完全消除。因此也需要退火来完全消除。后,在多次重复淬火时,钢件表面含碳量越趋降低。从而表层将形成细珠光体或碳较低比休积较小的马氏体,内部形成淬火马氏体。因表层组织的比体积小于内部的淬火组织,亦即由于内层比体积大而膨胀的结果,使表层受到强烈拉应力的作用。这种拉应力是造成裂纹的主要原因。

(40Cr钢板)

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