大型鑄鋼件的強(qiáng)度與鍛鋼件接近,而且沒(méi)有氫的危害問(wèn)題;但有其不足之處,如塑性和韌性較差,且內(nèi)部組織和化學(xué)成分不均勻,導(dǎo)熱性較差,甚至存在一定的鑄造缺陷等。因此,熱處理工藝設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)考慮到大型鑄件的這些弱點(diǎn)帶來(lái)的不利影響,如因晶粒粗大和鑄造缺陷可能引發(fā)熱處理裂紋,成分不均勻帶來(lái)性能不均勻等。
大型鑄件的熱處理方法主要有預(yù)備熱處理的擴(kuò)散退火、軟化退火、去應(yīng)力退火和最終熱處理的正火和中、低回火,以及淬火和高溫回火(調(diào)質(zhì))等。確定熱處理工藝參數(shù)時(shí),可參考相同鋼號(hào)的過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖、過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖和淬透性曲線等。下面,以實(shí)例介紹大型鑄件的熱處理工藝設(shè)計(jì)。
(1)零件名稱(chēng)和所用材料大型齒輪軸所用材料為ZG35CrMoV。
(2)零件用途及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)該大型齒輪軸用于150t煉鋼轉(zhuǎn)爐爐體的90°翻轉(zhuǎn)。其結(jié)構(gòu)參數(shù):直徑為Φ850~Φ1050mm,長(zhǎng)度為3870mm,重量為24.5t,為不等截面的階梯軸。
(3)工作狀態(tài)和承載特點(diǎn)從零件結(jié)構(gòu)和用途以及所用材料特點(diǎn)中,可以看出該大型齒輪軸的承載特點(diǎn)為低速重載。因此,該齒輪軸要求具有足夠的強(qiáng)度(扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、切應(yīng)力與對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度比值均不得大于0.55),并具有一定的塑性和韌性等良好的綜合力學(xué)性能。
(4)熱處理工藝性分析該齒輪軸作為低速運(yùn)轉(zhuǎn)的重載零件以強(qiáng)度為主,兼?zhèn)湟欢ǖ捻g性和塑性。因此,用ZG35CrMoV鋼制造可以滿(mǎn)足使用性能要求。同時(shí),ZG35CrMoV鋼比同樣成分的35CrMoV鍛鋼的原料成本和加工費(fèi)用低很多。不過(guò),熱處理工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到鑄態(tài)成分和組織的不均勻性會(huì)帶來(lái)性能的不均勻。另外,由于大型鑄件存在一定的內(nèi)部缺陷,熱處理加熱和冷卻過(guò)程易于產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力,甚至裂紋,因此,各種熱處理的加熱速度和冷卻速度均應(yīng)重點(diǎn)考慮。如果最終熱處理是淬火和回火,則淬火前應(yīng)進(jìn)行充分退火;如果是調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用,則調(diào)質(zhì)的淬火加熱溫度可適當(dāng)降低些。
(5)熱處理工藝方法和工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)
1)熱處理工藝方法的確定:為了改善鑄態(tài)成分和組織的不均勻性,應(yīng)進(jìn)行均勻化退火;將調(diào)質(zhì)處理作為該齒輪軸的最終熱處理,以獲得285~269HBW的硬度較適合其使用性能。
2)大型齒輪軸的制造工藝路線:均勻化退火→熱軋→正火+高溫回火→機(jī)械粗加工→調(diào)質(zhì)→機(jī)械精加工→成品。
3)熱處理工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)
4)所用設(shè)備:上述各項(xiàng)熱處理工藝方法在RT-90-10型臺(tái)車(chē)式電阻爐中進(jìn)行。
5)處理結(jié)果:表面硬度為285~269HBW。