『分享』 轴类锻件等温正火专题

duckie109

背景：
本司美国总部急需一批锻件，预备从中国供应商采购。我负责中国供应商开发该品种的轴类锻件。
由于本司锻件组织要求极严，经过三次送样，方才合格。
以下帖子将细细道来。

[ 本帖最后由 sdust 于 2009-6-23 13:47 编辑 ]

dangen

楼主遇见的应该是二次带状组织吧，若是一类带状组织，是很难解决的。

wahg

这个零件好像是个齿轮轴。国外主要汽车变速器齿轮的毛坯供货状态，预先热处理都是这样的等温正火要求。这样的要求对于随后的齿轮机械加工和渗碳淬火的质量控制是十分必要的。国内的一些主要汽车公司的引进的变速器
生产已多是依此执行了。
对于这个问题发表些个人意见，不一定对，仅供各位同行参考。
1、第一次交货是有带状组织，这是原材料的问题，若不能满足要求也可在等温正火前增加一次普通的正火。
2、第二次出现贝氏体组织，说明了制订的等温正火工艺不合适。等温温度，冷却速度和等温时间都是很重要的。你可查阅一下，此钢种和等温冷却转变图，确定一下具体的工艺参数。但冷却速度要根据装炉量，具体的冷却方式和工件具体的分散情况做些调整，一般不太可能一次摸准，需进行几次工艺试验。上述几篇论文有助于你缩短工艺试验过程。
3、目前针对等温冷却速度不易受控的情况，国内有厂家试验出等温正火液。本人未曾用过，不好作出评价。

duckie109

轴的外观如图。

该轴原材料使用的是公司内部牌号，成分类似20CrMo，相对常用的8620RH，少了Ni。
简要工艺流程为： 下料－锻造－等温正火－粗车

duckie109

金相检验位置如图

duckie109

第一次交样被拒，原由是带状偏析。如图

图中集聚的珠光体群在我司锻件标准中是不允许的。

按国标GB13299评判未必不合格。这是为何第一次交样供应商没有检验出来的原因。

[ 本帖最后由 duckie109 于 2009-6-19 10:06 编辑 ]

duckie109

第二此交样被拒，理由是divorced pearlite超差。divorced pearlite直译为脱离珠光体，国内锻件供应商称之为贝氏体。
我司贝氏体要求是30%以下。这个规定不可谓不松，但是对于这个轴锻件，由于两端直径与整体直径差异甚大，还是非常容易出现超差的情况的。

duckie109

第三次交样合格，尚未得到反馈的照片。

上周六收到了美国实验室发来的第三次交样照片，三个检测位置里里外外一共拍了26张照片！
带状组织完美，按国标13320评级，各个位置均小于1级。没有明显成分偏析，没有贝氏体，没有魏氏组织。硬度比较均匀，在156－167HB之间。两头略高，170HB上下。
由于照片太多，不再上传。

[ 本帖最后由 duckie109 于 2009-6-23 21:32 编辑 ]

duckie109

占住7楼，用于日后分享解决的方案。
以下，请网友讨论我们视如何分析和解决这些问题的，呵呵。这里暂且卖个关子

第一次交样，带状偏析，不合格。
原因分析
网友观点1 “第一次的带状：应该属于原材料的问题。因为等温正火相比正常正火具有很好的组织均匀性”
网友观点2 “带状组织（锻造加热产生可通过正火降低级别）超标和出现贝氏体都是因为正火没有做好（当然首先确认原材料带状组织合格），控制好正火加热时间和冷却速度即可解决这两个问题”
网友观点3 “带状组织超标还是由于正火温度低或者是风冷时冷速不足造成的。但是我觉得一般情况下楼主是不会犯这类错误的。因此我觉得还是冷速不足造成的”

调整方案
提高正火温度15度左右，使得奥氏体化更充分，结果消除了此类偏析。同时适当增加了正火保温时间，与原来的保温时间同步试验，发现组织差别有限，所以保温时间仍选用原先的。（较长的保温时间能是奥氏体化更均匀，得到的组织确实比原来均匀，但2种工艺都符合显微组织的要求，故选用时间短的，减少生产成本）
由于检验不足够细致，导致局部贝氏体没有发现，所以当时再送样的时候，还是信心满满的。
试验失败小插曲：
提高正火温度以后，第一次正火出炉后，抽了2个试样，金相组织比较理想，没有带状，没有发现成分偏析，但是硬度却降到了150HB左右。我们分析温度提高对工艺曲线的实际影响是：在相同冷却条件下，提高了进入等温炉时工件的温度。通过红外测温分析与调整，略微加长了冷却时间，出炉工件硬度提高了5个HB。
另一插曲：
在与供应商谈工艺改进方案时，他们的工程师一开始始终不愿意把正火温度提高到930度以上，认为低碳合金钢正火温度超过930度容易造成晶粒粗大。其实对于8620，20CrMo这种材料，930正火略微低了。我们传统的正火工艺是沿自苏联20CrMnTi的工艺，这种材料在高温确实容易晶粒粗大。。。

第二次交样，轴承档局部贝氏体超差，不合格。
原因分析
网友观点1“等温正火的工艺有问题，等温温度偏低，需上调。”
网友观点2“带状组织（锻造加热产生可通过正火降低级别）超标和出现贝氏体都是因为正火没有做好（当然首先确认原材料带状组织合格），控制好正火加热时间和冷却速度即可解决这两个问题”
网友观点3“应该还是冷速的问题或者是冷却时间的问题”

调整方案
原来的等温温度确实是低了，但却不是产生游离珠光体的主因。我们把正火温度提高到600度，620度，相应调整速冷、缓冷时间，却始终无法消除小端的游离珠光体。
供应商非常着急，但也提出了一个比较费事但可行的方案：增加锻件两端的直径，增加粗车的加工余量。这样一来可以减少直径差异带来的冷却速度差异，减小产生游离珠光体的几率，二来由于这样只需要修模，不影响下料重量，不会明显增加成本，所以我同意了这种方案。结果大家也能看到，第三此交样结果非常完美。


第三此交样，合格

[ 本帖最后由 duckie109 于 2009-7-6 21:33 编辑 ]

shenjin-5

等温温度过低造成粒状珠光体？

shenjin-5

献上论文一篇

duckie109

原帖由 shenjin-5 于 2009-6-19 10:39 发表
等温温度过低造成粒状珠光体？

有一部分原因。
论文我大致看了。他的试验方法锁定了一个关键要素，所以从结果来看，等温温度直接影响金相组织。

greatmanzhang

先发表一下愚见，带状组织（锻造加热产生可通过正火降低级别）超标和出现贝氏体都是因为正火没有做好（当然首先确认原材料带状组织合格），控制好正火加热时间和冷却速度即可解决这两个问题

duckie109

原帖由 greatmanzhang 于 2009-6-19 10:57 发表
先发表一下愚见，带状组织（锻造加热产生可通过正火降低级别）超标和出现贝氏体都是因为正火没有做好（当然首先确认原材料带状组织合格），控制好正火加热时间和冷却速度即可解决这两个问题

确实是正火问题。
此批材料的检验可以说是国内最严格的。带状、晶粒度、纯洁度、淬透性都控制得非常完美。

shenjin-5

再献上论文一篇 2篇结合来看

duckie109

原帖由 shenjin-5 于 2009-6-19 11:28 发表
再献上论文一篇 2篇结合来看

这篇论文也带来了一些启示，但和我的问题并不是太相关。
文中提到通过风冷阶段空冷可以减轻带状，但没有深入分析。

我们遇到的问题已经分阶段解决。我希望通过互相讨论，大家对等温正火各个环节的作用和控制能有进一步的系统的认识。

[ 本帖最后由 duckie109 于 2009-6-19 11:45 编辑 ]

横笛吹雨

原帖由 duckie109 于 2009-6-19 11:17 发表


确实是正火问题。
此批材料的检验可以说是国内最严格的。带状、晶粒度、纯洁度、淬透性都控制得非常完美。

纯洁度指什么？杂质含量？

duckie109

原帖由 WJFU66 于 2009-6-19 11:42 发表

纯洁度指什么？杂质含量？

即非金属夹杂。
英文是 cleanliness，翻译为纯洁度。

wujunfeng610

照片中有贝氏体？没看出来。硫化物还是蛮清晰的！

wujunfeng610

这样的帖子版主和各位技术专家也不做出反应，难怪我觉得论坛人气低落！
顶下吧！真正的好贴，要是我能做主的话先加30个热处理币！

duckie109

多谢楼上wujunfeng的肯定。
第二次交样500倍照片中浅色组织确实是贝氏体，是由于正火冷速过快所得。（硫化物在500倍下固然清晰，但离拒收标准还有很大距离。原材料验收非金属夹杂物，是在100倍下，规定大小下，选择最差视场读取硫化物总长度值然后核对标准来评级的。）
8620RH之类的低碳合金钢，900度以上正火，出炉风冷，满视场的这种组织。
这个版面的版主似乎很少现身，难怪人气不高。我要求转移帖子至难题攻关版的要求也无法实现了。。。

通过这次紧急开发，我协助国内一家专业锻造厂家解决了两个技术难题。虽然原理非常简单，但对于国内锻造企业的现状来说，确实非常有益。故来此分享。希望能通过与网友们的讨论，逐步理清等温正火的工艺和产品组织的关系以及调试方法。
如实在没有人气，我将在一周内将解决方案抛出，但不再发贴了。

pjhwode

版主、专家得赶紧过来啊 这边风景独好！
楼主的探索精神值得提倡，无私分享更值得学习！

看完你的交货经验，浅见：
1、第一次的带状：应该属于原材料的问题。因为等温正火相比正常正火具有很好的组织均匀性
2、第二次的贝氏体：是不是等温正火的工艺有问题，等温温度偏低，需上调。可以做几组试验，确定最好的工艺
3、第三次：完美交货。使出什么手段？期待中......