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山东省临清市库存积压轴承回收公司

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渗碳淬火件磨削裂纹形成的原因和防止措施

字体大小: - - zhuyuelei   发表于 10-02-23 20:49     阅读(366)   评论(0)     分类:
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众所周知,在磨削加工产生的拉应力的作用下形成的裂纹均称为磨削裂纹。若在无此应力作用的情况下进行表面处理(例如:酸洗、电镀、氧化等),则未发现氢脆和应力腐蚀裂纹,而在磨削应力作用下进行上述表面处理所形成的裂纹,笔者认为亦可属磨削裂纹范畴。

形成磨削裂纹的原因不同,而且有时是综合性影响,其形态一般可分为三种:1)磨削裂纹的走向与砂轮旋转方向一致,并稍有连续;2)裂纹的走向与砂轮方向一致,成鱼磷状并稍有断续;3)因磨削应力而在表面处理过程中形成裂纹。该裂纹呈断续的一头粗一头尖的纵向羽毛状裂纹[1]。防止形成这些裂纹的措施,就是从各方面降低其磨削应力。

1 降低渗碳层本身的不均匀应力

渗碳层碳化物的颗粒越细小越好,碳化物分布越均匀越好。为避免碳化物粗大化,获得极度弥散的碳化物[2],可控气源的选择,是很重要的因素[3]。例如:天然气中主要成份为CH4。就目前的渗碳的气源而言,通常渗碳机理为CO→Cad+CO2(Cad为活性碳)。唯有天然气可直接裂解生成活性碳渗碳[4]CH4→Cad+2H2,且在天然气净化很好时(有机硫≤3~5mg/m3、无机硫≤1~3mg/m3、二氧化碳≤0.5mg/m3)[5]这种裂解反应更完美,净化后天然气用气量大大下降。例如:长春一汽大众三台1000公斤艾协林多用炉和一台12料盘艾协林贯通式多用炉相当四台1000公斤艾协林多用炉产量。原用气源约40M3/h,现采用天然气净化设备后,只需23M3/h,同时零件表面碳黑、非马氏体组织的厚度和分布密度大大改善,一般<3μm(浅腐蚀)[5],渗碳层碳化物粒度也有改善。四川重型汽车厂也达到相似效果,仅原料气就节约40万元/年以上。

2 为使马氏体转变时应力最小,同时变形也最小,冷却介质的选择至为重要。

淬火冷却时,热应力(热涨冷缩应力)和组织应力这两种应力相互抵消,抵消越多越好。要减少渗碳淬火件表面非马氏体组织,气源选择是主要因素[3、5],淬火油次之。淬火油要求在珠光体转变区快速通过,而在马氏体转变时为减小应力防止变形又需冷却适度。特别是对截面较大的渗碳零件,要注意防止心部硬度不合格,残余奥氏体量增加,因而在马氏体转变区的冷却要根据钢号、零件截面大小而确定。在淬火油中的冷速主要取决于冷却油的类型、成份、添加剂等因素。适当提高淬火油的油温能起很好效果,但当油温提高到120~140℃时,很多等温油在300℃时的冷速太慢,因而对截面大的零件残余奥氏体量增加,心部硬度下降。通过适当提高300℃时等温油的冷却速度以解决这一问题。长春一汽大众艾协林多用炉的淬火油采用德国贝多菲亚的产品,实际使用60~80℃,闪点187℃,高温冷却快,低温冷却也不慢。零件的变形较大,一般轿车的零件变形在15丝左右。

要减少变形,油的高温冷却应当适度而低温冷却也应根据钢种、零件截面大小确定恰当的冷却速度,同时适当提高油温至120~140℃以减少变形,并避免残余奥氏体量增加和心部硬度下降。

3 渗碳层残余奥氏体在磨削应力作用下,诱发马氏体相变。

这种应力诱发马氏体是未回火马氏体,应力较大,金相观察时裂纹周围有明显亮区,此亮区通常就是应力诱发马氏体相变区。

残余奥氏体的量,直接与钢种、渗碳件尺寸大小、淬火油冷速、油温等有关。由于各方面的原因,很多具有比较好设备的企业,首选油均是德润宝、好富顿、Uncon等公司的等温油,热处理质量可靠、寿命长、稳定,但价格昂贵。

目前,海森公司HSGKD-2型快速光亮专配等温油,经重庆渝州齿轮厂艾协林多用炉应用4年考验,现两台艾协林多用炉已全改用海森公司产品,此外,新生机电设备总厂艾协林多用炉,綦江齿轮厂哈克洛夫和仿艾协林多用炉,重庆有色金属研究所,丰东炉等均使用海森公司HSGKD-2型产品。该产品分A、B、C、D四类,分供各厂特殊需要。热处理产品的淬火硬度、金相组织、变形均令人满意,与进口油相比成本大大降低。

4 渗碳淬火件钢种化学成分的影响

4.1 一般对加硼的渗碳钢,要注意晶界硼化物的形成。硼化物的形成使晶界局部韧性下降(硼脆),直接影响磨削应力大小和磨削裂纹源的形成。为消除含硼钢中晶界硼化物的形成,主要是控制冶金质量从热处理角度而言,奥氏体化温度越高、冷却速度越慢,则富集到晶界的硼化物也越多,当冷却速度较快时,有可能防止硼化物的偏聚。

4.2 对加钛的渗碳钢,要注意形成方晶钛而使晶界局部韧性下降,直接影响磨削应力大小和磨削裂纹源的形成。消除方晶钛的形成,主要是控制冶金质量。从热处理角度而言,提高奥氏体化温度,使方晶钛固溶在奥氏体内,然后在冷却时以适当的速度冷却,避免钛在晶界的富集,从而消除方晶钛的形成。

4.3 含锡量的控制

为避免晶界锡化物的形成,锡含量必须控制在0.5%以下,同时防止在400℃左右回火,通常渗碳钢均在低温回火,这类组织不易形成。

5 磨床磨削参数的控制

1)磨床砂轮粒度以100#为宜。粒度越粗,应力越大。

2)磨床、砂轮径向摆动越小越好。摆动越大,应力越大。

3)湿磨比干磨应力小,湿磨液要采用过滤措施,并定期更换。

4)砂轮的转速适当。

5)砂轮进刀量的控制:粗磨磨削量不宜太大,粗磨可根据硬度、钢号一般控制在1~3丝以内。

必要时在磨削后立即增加去应力回火,以降低应力,同时使应力诱发马氏体组织及时转变成回火马氏体,以降低内应力。去应力回火的温度在不影响产品性能、硬度等要求的情况下可适当提高,以达到尽可能降低应力的效果。

因磨削应力作用下进行表面处理而形成的羽毛状裂纹的原因是磨床砂轮的中心线不可避免地在一个公差范围内的周期变动,而加工面也是随着砂轮中心线的周期变动而变动,这个周期性变化使磨削产生的应力也随着变化,且有周期性,纵向羽毛状裂纹的左尖右粗,标志着工作的移动方面是由左向右。为防止该裂纹,除上述措施外,还可从防止表面处理过程中的氢脆和应力腐蚀断裂方面采取适当措施。

采用先进的工艺使渗碳淬火件表面非马氏体组织< 3 mm(浅腐蚀);使零件变形最小(机加工前的预先热处理工艺也有效) ,无需再削磨加工。

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