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高速鋼淬火裂紋的原因分析以及預防措施
來源: | 作者:東啟特鋼 | 發布時間: 2021-04-02 | 47 次瀏覽 | 分享到:
高速鋼淬火裂紋的原因分析以及預防措施
  高速鋼淬火裂紋的原因分析以及預防措施
  模具鋼
  預防措施如下:①酸洗時如果產生過多的初始氫原子(H),必須嚴格控制酸的濃度、溫度和酸洗時間;酸90低溫老化200℃×2?4小時內釋放氫氣,有效消除氫脆和開裂。
  
  預防措施是:在鋼的C曲線(鼻)拐點處使用淬火介質,在鼻Ms點以下緩慢淬火,如氯化鈣C的飽和水溶液?-1有機猝滅劑、聚乙烯醇水溶液、高錳酸鉀猝滅溶液等。)作為理想的淬火冷卻介質;采用熱浴、硝酸浴、堿浴等。)進行逐漸淬火、等溫淬火和淬火前預處理等。通過消除冷熱加工應力,可以有效防止和避免淬火裂紋和刀具變形。
  
  預防措施是:嚴格控制原材料質量,共晶碳化物等級應≤3.5;原材料入庫投產前,應進行金相檢驗,確保無宏觀冶金缺陷;此試件用于檢查淬火前高溫鹽和加熱浴槽爐,檢查等級與淬火溫度的關系是否合理地視為可見);
  
  預防措施是:合理選擇精鍛溫度,嚴格控制終鍛溫度≤1000℃,鍛后緩慢冷卻;鍛件毛坯應在淬火前完全消除;避免5%-10%臨界變形;超細顆粒被處理和等待。上述措施能有效抑制高速鋼中萘斷口的形成,避免淬火裂紋。
  
  氫脆
  
  預防措施如下:①淬火前,將淬火工具用100°C的沸水煮30-40分鐘,或低溫回火1小時。試驗表明,該方法可消除20%-30%的淬火內應力。由于殘余奧氏體略穩定,冷處理后可保留2%-5%。
  
  殘余奧氏體具有脆性和韌性,能吸收馬氏體的快速膨脹能,松弛和松弛相變應力;②冷處理后,將工具放入溫水(或熱水)中升溫,可消除50%?60%冷處理二次淬火應力;許多高溫回火措施可以促進殘余奧氏體向馬氏體的轉變,有效防止冷裂紋。
  
  刀具腐蝕目前,我國高速鋼刀具熱處理工藝的淬火加熱一般在鹽浴爐中進行,回火加熱一般在硝酸爐中進行。此外,必須進行酸洗。工具在淬火過程中局部受熱時,會接觸到鹽浴表面附近的高溫鹽浴中產生的有害氣體如有害氯等,不僅容易導致氧化脫碳,還會造成一定程度的氧化。液體表面和空氣界面的點蝕寬度。
  
  預防措施是:采用鹽涂層的高溫加熱方式,即在工具完全鹽化后,將局部未淬火的加熱部位暴露在液面上,并覆蓋一層鹽殼。將其與空氣中的有害氣體隔離,以避免腐蝕。大型整體葉片在高溫鹽浴爐中淬火加熱時,由于溫度高、保溫時間長,容易與鹽浴中的有害物質(如氧化鐵(FeO))發生化學反應而腐蝕。預防措施是:嚴格執行鹽浴加熱介質熱處理技術條件:純度≥ 98%,硫酸鹽(BaSO Na2SO,K2SO等雜質含量≤0。碳酸鹽3% (Baco Na2COK2CO等雜質≤0。1%,水不溶物≤0。1%;每班必須進行鹽浴脫氧除渣,每周挖爐一次,徹底清除爐內爐渣雜質。酸洗工具時,硝酸與硝酸鹽的化學反應會因酸洗過度或殘留酸未被沖走而引起電化學腐蝕。預防措施:酸洗工具后,用自來水沖洗兩遍,然后完全中和,及時噴砂加固。在空氣中停放不超過8小時,并使用油封有效防止酸洗腐蝕。進口高速鋼圓鋸片
  
  WEDM的微裂紋:在電火花加工過程中,放電點的電坑周圍會殘留一部分熔融金屬。由于電火花加工是在油或水中進行的,脈沖放電后,熔融金屬會迅速冷卻凝固,收縮會導致較大的拉應力,于是原有的應力場會重新分布,形成厚度為0。02?0。10毫米熔融變質層。變質層是枝晶的鑄態結構。冷卻后,形成第二高溫硬化層,并形成大量非常穩定的殘余奧氏體。
  
  變質層收縮引起的拉應力疊加在變質層的二次高溫淬火應力上,變質層上形成微裂紋,電火花加工過程的電參數增加并加深。
  
  冷處理裂紋
  
  裂紋是高速鋼中常見的結構缺陷。裂紋類似魚鱗、大理石,有萘的光澤,裂紋很粗糙,最大粗粒度1mm。
  
  由于材料的高脆性、低強度和韌性,在奧氏體高溫淬火過程中容易形成淬火裂紋。在熱鍛、軋制、壓延等熱加工中,1050后?1100℃奧氏體化,熱塑性變形5%?10%臨界變形、精鍛溫度不當、反復淬火或退火不足時中間逐漸消失)等因素容易形成萘斷裂,導致淬火裂紋。
  
  高速鋼原料的冶金缺陷高速鋼中含有的大量碳化物是硬脆的,是脆性相。共晶碳化物主要是分布在鋼基體中的粗晶或枝晶。鑄錠經軋制和軋制后,合金的碳化物有一定程度的破碎和細化,但碳化物仍偏析并沿帶分布,呈全網狀、半網狀或堆積狀。滾動方向。碳化物的不均勻性隨著原料直徑或厚度的增加而增加。
  
  共晶碳化物非常穩定,常規熱處理難以消除,會造成應力集中,成為淬火裂紋的來源。鋼中硫或磷等雜質的偏析或過量也是淬火開裂的重要原因。高速鋼的導熱性和熱塑性差,抗變形能力強。在熱處理過程中,金屬的表面和內層容易產生微裂紋,最終導致淬火過程中裂紋的擴展而導致材料的報廢。宏觀金屬缺陷,如氣孔、收縮、氣泡、偏析、白點、枝晶、粗晶、夾雜物、內部裂紋、發際線、大晶粒碳化等。材料和非金屬夾雜物在淬火過程中容易引起應力集中。當應力大于材料的強度極限時,會產生淬火裂紋。
  
  機械設計和冷加工不當,造成應力集中,刀具厚度不均,邊緣、銳邊、尖角、槽、孔、凸臺等形狀突變造成的缺口效應。、粗糙的冷加工表面、深刀模、碰撞和標記等。高速鋼刀具在淬火過程中會引起應力集中,從而產生淬火裂紋。如果刀具在淬火前冷加工時內應力(特別是磨削時內應力)較大,在淬火加熱和冷卻過程中會形成各種應力疊加。當疊加應力超過材料的強度極限時,會產生淬火裂紋和變形。
  
  磨削裂紋高速鋼磨削裂紋常發生在磨削過程中。裂紋較薄且較淺(深度小于1毫米),呈放射狀網狀分布在表面,多垂直于磨削方向,類似淬火網狀裂紋,但原因不同。
  
  當磨削速度高、進給速度大、冷卻性能差時,鋼表面的金屬溫度會迅速升高到淬火加熱溫度,然后冷卻形成金屬表面的二次淬火,產生二次淬火應力。嚴重碳化物偏析的存在沒有消除,或者淬火刀具中大量殘余奧氏體沒有轉變,磨削時容易引起應力誘發相變,從而促進殘余奧氏體向馬氏體轉變。磨削過程中結構應力增加并與二次淬火應力重疊,從而在二次淬火后的表層形成磨削裂紋。
  
  高速鋼刀具在高溫下奧氏體化。淬火后,它們以大于或等于鋼級的臨界冷卻速率淬火,以獲得淬火馬氏體結構。但部分過冷奧氏體并未轉變為殘余奧氏體(AR)(約25%-35%)。
  
  如果在-160°C到-160°C進行液氮冷卻處理,殘余奧氏體可以轉變為馬氏體(m),由于殘余奧氏體的比容小,馬氏體的比容大,鋼件會膨脹,產生較大的二次淬火組織應力,與一次淬火應力疊加。當疊加應力大于鋼的斷裂強度時,會發生冷淬二次裂紋。
  
  淬火內應力和淬火冷卻介質
  
  預防措施如下:用小鑄錠開坯軋制各種刀具材料;選用二次精煉電渣重熔錠,純度高,雜質少,晶粒細小,碳化物少,組織均勻,無宏觀冶金缺陷;將不合格的原料重新鍛造,粉碎材料中的共晶碳化物,使共晶碳化物的不均勻性小于或等于3級;采用高溫分級淬火再高溫回火的預處理工藝,可以有效避免高速鋼原料冶金缺陷引起的淬火裂紋。
  
  當鋼中最初的生態氫H轉化為氫分子時,高速鋼刀具被酸洗電解(H膨脹時會產生巨大的壓力,導致鋼的晶界產生裂紋,稱為氫脆)。
  
  酸洗是金屬氧化物與酸之間的化學反應,使金屬氧化物變成可溶性鹽,與金屬表層分離。淬火高速鋼具有強烈的酸洗和氫脆開裂傾向。用硫酸或鹽酸酸洗工具時,化學反應方程式為FeO+h2so 4 FeSO 4+H2O FeO+HCl FeCl+h2OFE+H2SO 4-→FeSO 4+H2↑Fe+HCl-→FeCl+H2↓
  
  高速鋼的顯微組織應力、熱應力和附加應力為淬火內應力。當高溫鋼用高溫奧氏體淬火時,過冷奧氏體轉變為淬火馬氏體。由于前者的比容較低,后者的比容較大,鋼從收縮狀態反轉為膨脹狀態,金屬的內層和外層發生相變。不同時間引起的體積就是組織應力。大型工具的表面、中心、厚度和厚度因加熱和冷卻速度不一致而不同,從而導致溫度差異。不同體積膨脹收縮產生的內應力是熱應力。
  
  刀具表面和內部組織結構不均勻以及刀具內部彈性變形不一致所產生的內應力為附加應力。當上述三種應力之和大于材料的抗斷裂能力時,就會形成淬火裂紋。
  
  當淬火冷卻介質的冷卻速度過高,超過鋼種的臨界淬火冷卻速度時,容易形成淬火內應力大的高速鋼圓鋸片進口品牌,導致刀具淬火開裂。當淬火介質的冷卻速度太小,小于鋼的臨界淬火冷卻速度時,不能獲得所需的組織和性能。獲得淬火馬氏體相變的最小冷卻速率是臨界淬火冷卻速率。高速鋼具有優異的淬透性,中小型刀具可采用空氣冷卻進行淬火。
  
  但是,當硝酸鹽用于等溫淬火時,如果硝酸鹽含有過多的水,淬火冷卻速率可能過高,或者當工具淬火至室溫時,用水清洗,可能會導致大量的清洗。過冷殘余奧氏體在水中冷卻。高速時會轉變為淬火馬氏體,導致較大的淬火內應力和刀具開裂。
  
  預防措施如下:①降低磨削速度和進給速度,使用溫和的磨削冷卻液;(2)嚴格檢查原材料的儲存和生產前檢驗,控制材料的共晶碳化物等級(≤3級),超過3級時進行鍛件更換;③避免奧氏體淬火加熱溫度過高,采用電腦控溫,采用熱浴分步淬火、等溫淬火、多次高溫回火等措施降低組織應力、熱應力和殘余奧氏體??梢杂行П苊饽ハ髁鸭y。
  
  過剩高速鋼,過燒組織中的過剩高速鋼,其特征是晶粒尺寸明顯粗化、粘連、角狀、尾狀和全網狀、半網狀或沿晶界連續網狀分布;鋼結構局部熔化出現黑色組織或共晶貝氏體,形成過燒組織,大大降低鋼的晶間結合力和韌性。高速鋼過熱、燃燒過度的主要原因是:淬火溫度過高,測溫、控溫儀表不準確;鹽浴爐淬火加熱時,鹽浴表面煙霧引起的輻射高溫計溫度會造成輻射高溫計測溫誤差;電壓配電盤電磁開關失靈;工具加熱時,工具離電極太近或埋在爐底;原料中有大量角狀碳化物或等級不均勻的碳化物。
  
  高溫鋼的過熱過燒結構容易造成淬火裂紋。
  
  預防措施如下:改進工具的設計,使其形狀合理,厚度均勻。厚的地方可以做技術孔,薄的地方可以加筋,斜面可以做成變形區。工具的邊緣、直角和尖角可以倒圓,孔可以倒角。冷加工表面的光潔度應符合設計要求,防止刀口粗糙。用萬能筆寫記號筆;淬火前退火消除冷加工內應力;采用熱浴一步淬火和等溫淬火來降低結構應力和熱應力,避免應力集中。
  
  預防措施如下:(1)在保護氣氛爐、真空電爐、全脫氧鹽浴爐中加入熱刀,防止氧化脫碳;(2)將淬火刀冷卻到鋼種的Ms點附近后,取出并轉移到中等冷卻介質中。應在硝酸鹽浴或堿浴中淬火,等溫淬火,然后在理想的冷卻介質中淬火;③低溫回火(≤100℃),緩慢加熱至≥300℃,隨爐加熱至規定溫度。高溫回火保溫后,將爐內空氣冷卻至室溫。在回火和緩冷過程中,實現了殘余奧氏體(Ar)向馬氏體(M)的轉變,避免了水和油的冷卻,防止了較大的二次淬火應力??傊?,淬火后要及時回火,防止淬火應力的產生和擴大;充分回火以獲得穩定的結構;多次高溫回火促進了殘余奧氏體(AR)向馬氏體(M)的完全轉變,消除了二次淬火應力。較長的時間和回火,提高斷裂韌性和綜合力學性能,可有效防止回火不當引起的二次淬火裂紋。
  
  預防措施是:①電火花加工前,應徹底消除刀具內應力;②嚴格控制線切割的電氣參數;(3)留有足夠的加工余量進行研磨和拋光,并通過后續加工去除變質層;過150~200℃×2?4h油浴消除了電火花加工的應力回火,防止了微裂紋的產生。進口高速鋼圓鋸片
  
  回火不當引起的二次淬火裂紋。高速鋼刀具具有高溫回火后二次硬化的特點。第一次馬氏體淬火后,殘留大量奧氏體。在高溫回火過程中,殘余奧氏體相在回火和冷卻過程中轉變為馬氏體。如果在水中或油中快速冷卻,將形成兩個奧氏體。二次淬火馬氏體會產生較大的淬火內應力?;鼗疬^程中如果采用火焰或高頻快速加熱,表面金屬會收縮,而內部仍然是馬氏體,由于比容大,處于膨脹狀態。結果,表面層具有大的拉伸應力,該拉伸應力與一次和二次淬火應力疊加,由于回火不當導致二次硬化和開裂。工具表面脫碳會加速裂紋的形成。
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