经验分享:热处理与机械加工浅谈。

  1. 对于机械切削加工,一般机加工硬度最好在HRC30左右;但由于性能要求,需要较高硬度+后切削,硬度可以在HRC35~40除了特殊铣齿等情况,硬度在HRC50左右也能切削,当然,现在国产刀具还不行,大部分需要进口美国/德国的。
  2. 经渗碳淬火热处理后一般孔内径变形成椭圆,孔径变小,<Φ10留磨量为2-4丝;Φ10-Φ20为5-8丝;Φ20-Φ30为10-12丝;Φ30-Φ40为20丝;>Φ40为30丝以上,我们的零件壁厚在10mm左右,另外控制敏感零件的热处理变形量,预热工序也是十分必要的。
  3. 终锻温度过低会造成材料锻裂,如不经过恰当的组织再结晶退火或其他热处理,在最终热处理后会发现零件开裂,这是经热处理后所有应力释放的结果,很容易被别人误认为是热处理工艺不当造成的;另外有些含特殊合金(如Cr)的零件锻造后如果堆放在一起,冷却速度不够,会在晶界出处析出网状碳,经热处理后开裂,也必须引起热处理工作者的注意!例如GCr15,CrWMn等零件,我就遇到过。
  4. 对于低碳合金渗碳钢,最佳切削硬度为160~180HB,实际生产中我们控制在140~210HB,硬度超过180HB刀具损耗大,低于160HB,尤其是硬度低至140HB左右又采用拉齿、插齿加工的话,粘刀现象严重,零件粗糙度很差。
  5. 对于齿轮的加工,我接触到的多是:调质来决定心部机械性能,然后做表面淬火的情况。因此,很多时候面临着基体硬度高,即调质硬度高,然后进行机加、铣齿或插齿,因此硬度都高,高到HRC35以上,要采用很好的刀具.成本也增加不少。当然这样做(调质硬度高)的好处是,表面淬火后变形小,可以忽略,省去磨削工序。
  6. 齿轮氮化前是否必须调质处理,我们一般是这样处理:碳钢不调质采用正火处理,合金钢则必须调质,且规定调质时的回火温度应比氮化温度高30℃左右。
  7. 齿轮加工时,对切削加工件,正火硬度180-200HB,挤压加工件,正火硬度160-170HB,公差分配,机械加工公差占零件成品公差的1/3,热处理占2/3。
  8. 齿轮轴,图纸规定齿部渗碳淬火,无齿一端端部均布6个螺纹孔,位置度要求06,且要求防淬硬。在制定加工路线时,主管工艺人员将相关人员召集在一起讨论,有两种工艺流程
  • 涂料防渗、渗碳淬火后硬车碳层,存在防渗不佳机加工困难的问题;

(2)渗碳空冷、车碳层、加工螺孔、加热淬火,存在齿部和螺孔达不到图纸精度的风险;经过大家充分讨论分析,并根据工厂的实际情况将加工流程确定为:锻坯–等温正火–机加工(预留碳层)–涂料防渗、渗碳淬火–防渗部位软化退火–车碳层–加工螺孔 。这一流程并不一定是合理的,但经过有关人员分析讨论,却是目前公司最容易实现的加工流程。

  1. 紧固件生产所需要的线材一般都要经过球化退火处理,而球化效果与材料退火前的拉拔比例有很大关系,为了找出最佳的拉拔比例,我们金相试验员与车间工人经过近四个月的摸索、试验,终于找到最佳方案。
  2. 角铁热轧生产出来以后,先经过淬火,然后再回火。

出现的问题:淬火后的工件变形比较厉害,经常碰感应圈。后期的回火后,无法保障工件是直线型的。

解决的方法:再保障连续生产,硬度达标的情况下,稍增大感应圈的间隙,机械工艺上增加多道辊,以保障工件生产出来后尽量为直线型。

  1. 产品淬火后,进行机加工,由于他们只追求计件工资,往往进刀量过大,造成表面硬度严重退火,最终由于产品表面硬度低而退货,这种情况分析了多次,然而大多数人还是认为是热处理问题。

一、做好原材料的检验工作,原材料检验不好热处理做的再好也可能会背黑锅。

二、根据要加工工件的工艺性能,制定合理的热处理工艺,热处理工艺评定也要做好,当然工艺监督也很重要。

三、热处理工序要为下一道工序做好基础,例如:工件变形带来的机械加工难度(弯曲、变形等)加工余量、力学性能指标、组织缺陷等。

四、热处理一定要做好自检和例检,出现问题可以及时找到原因。

  1. 有的老板已经把产品加工好了,再拿来找我们热处理厂给他调质处理,真是晕,全部报废。有的产品要氮化不变形,之前没经过消应退火,已精磨好了,做了也白做,肯定变形。这些老板都是钱买学问!
  2. 机械加工与热处理的公差分配应按成品要求分成1:2,如成品要求为15,则机械加工的公差控制在0.05以内,热处理控制在0.1以内。
  3. 加热看平衡图,冷却看C曲线。
  4. 长轴件42CrMo材料成型过程:调质+机加工
    热处理过程中由于炉体变形和钢件本身内部应力等问题,以及吊装过程中变形和淬火过程中的大变形,工件进入机械加工工艺前,工件变形非常大,这里采取水压机矫直,一般在回火后300-400度出炉上矫直机进行热矫。之后进行机械加工,有效控制了余量和机加工材料损耗。

这里注意到,如果热处理吊装,工艺及后续矫直工艺如果不能做到保证工件直度,机械加工将很难将工件加工出来,甚至造成报废。

  1. 对于调质后板类的加工,往往切削过程中由于施工者走刀大,造成应力变形。对此我们加工过程中加入低温退火工序。效果比较好
  2. 对于低碳合金渗碳钢,最佳切削硬度为160~180HB,实际生产中我们控制在180~210HB,硬度180HB刀具切削性能好,低于160HB,尤其是硬度低至140HB左右粘刀现象严重,零件粗糙度很差。对于淬火件,必须留过渡R,以防淬火裂纹。还必须考虑材料性能-是涨是缩。
  3. 弹簧用钢:碳素弹簧钢和1Cr18Ni9弹簧钢;

齿轮用钢:20CrMnTi、40Cr及38CrMoAl用钢等等

  1. 就轴承行业简单的谈一下。

首先,在锻造方面:退火组织一定要在合格范围之内,否则在热处理过程中就会产生裂纹等问题,我们遇见过!

其次在粗车加工方面,进刀量尽量的要小,如果进刀量大了,产生的切削应力很大,这对淬火变形的影响比较大。

再者,我们热处理,要把工艺的问题弄明白,这样要熟悉自己的热处理炉,然后工人要配合的去工作,保质保量。

最后,磨削部分,因为磨削会产生磨削应力,对精密产品影响较大,所以在来一次稳定化回火。

  1. 大型铸钢件热处理之后,材料内部产生多方向的开裂,后来经铸件厂、机加工厂、热处理厂和业主各方共同开会讨论,得出的结论是:由于先粗加工再正火,中间孔位的部分加工时留了一圈凸缘,热处理时应力集中造成开裂。现在的改进措施是:粗加工拉毛刀,表面光出即可,热处理之后再做半精加工和精加工。
  2. 从轴承热处理角度来看,机加工就是潜在的“魔鬼”。

举例如下:外径120左右套圈外圈,车加工有时候为了提高产量,吃刀量贼大,有的车出来后滚到出颜色都变了;有的车成品椭圆度超过标准要求,直接往地上砸,砸到合格范围为止;再者车加工有时候留量很不均匀,同一批产品大的相差0。60mm。乱弹琴!热处理后出现的现象就是变形大、膨胀量很不均匀(反映出来了)。

  1. 我接触到得客户用马氏体不锈钢做刀的热处理:客户做刀一般都是用冷轧退火后的材料做加工,基本加工完后进行淬火处理提高硬度,其硬度范围由200HV左右升高到900—1000HV以上,然后为了提高材料的耐磨性和消除材料的残余应力,通过低温回火来做成成品。
  2. 材料本身是否存在缺陷(我们厂里进口的材料,金相分析发现存在带状偏析及夹杂物超标,而且心部硬度超低,可老外的答复是可以用,符合你们国家的国标要求。)

2.前道热处理准备对后续热处理的影响(我是搞表面淬火的,经常是前道工序组织准备有些许小问题,到了最后这道工序反映出来了,自己给自己找事。)。

  1. 机加工师傅送来一批材质M2的变径冲头要求热处理,硬度要求不低于64HRC。

我说:你这批冲头不好用,硬度要求不高我可以满足,但你使用时会出问题。变径处加工要有过渡要求光洁度。

机加工师傅说:原来用Cr12做,不耐用所以选择M2材质的,这种材质最高可以达到66HRC,64已经降低要求了,机加工原来都是这么做的。就这样干吧没问题。

热处理后没几天机加工师傅就来了出现问题。
1、使用时冲头会一块一块的掉。(硬度高脆性大,冲击时头部会碎掉,冲头硬度一般控制在62HRC)要根据使用方式,确定性能要求,不要一味挖掘材料最高性能。
2、冲头会从变径处断。(有热处理要求的工件变径或尖角部位必须平稳过渡)

  1. 热处理的后序处理,如果使用到酸,有些产品要注意氢脆。我在热处理弹簧片时,厂家反映脆断,热处理检测硬度、弹性、组织没问题,问题出在酸洗产生氢脆。
  2. 专业车有弹簧夹头装夹,车出来的一般就是留量大小的问题。如果轴承量太小,没有合适的夹具,用三爪卡盘、四爪卡盘装夹,为了赶工时车削时进刀量大,卡盘就必须夹得很紧。车完量尺寸很好,三角、椭圆、四方都不错,淬火以后弟兄们就哭吧,三角、四方、椭圆,我们就吃过这个亏,淬火前椭圆10mm,淬火后三角3mm,亏了师傅教了一首绝招,一次上三个、四个回火顶子,才把活交代下去。
  3. 对于机械切削加工,一般机加工硬度最好在HRC30左右;但由于性能要求,需要较高硬度+后切削,硬度可以在HRC35~40。
  4. 比如高频淬火裂纹的问题,容易淬裂是由于机加淬火部位加工光度不够,应力集造成的。热处理硬度太高了,机加工不动的问题。棒料调质尺寸太长太大容易变形问题。热处理硬度不均匀问题。机加进刀量大,容易变形。机加混料问题,造成热处理事故。
  5. 索氏体是形成于650-600摄氏度之间的细片层状珠光体,回火索氏体是马氏体经高温回火后得到的,由已再结晶的铁素体和均匀分布的细粒状渗碳体所组成。F失去原M形态,成为多边形颗粒状,同时渗碳体聚集长大。托氏体是极细片层的珠光体,回火托氏体是马氏体中温回火得到的,由尚未发生再结晶的针状铁素体和弥散分布的极细小的片状或粒状渗碳体所组成。形态仍为淬火M的片状或板条状。马氏体为碳在α-Fe中过饱和的固溶体,形态为片状或板条状,回火马氏体由过饱和的α相与其共格的ε-Fe4C组成,形态保留原M形状。
  6. 索氏体、托氏体、珠光体,这三种组织是相似的,都是片状的铁素体和渗碳体组成的,区别就是三者的片间距不同珠光体>索氏体>托氏体。
  7. 《合金钢手册》(上)(北京:冶金工业出版社,1984.)对“调质”定义如下:利用淬火和中温(或高温)回火以得到所需要的强度和韧性的热处理工艺,同时它指出:适于进行调质处理的钢叫调质钢;它对索氏体定义为:①奥氏体在约600℃分解成的细珠光体,也有人把它叫索氏体或一次索氏体。为避免混淆起见,应废弃这种称谓,称其为细珠光体;②索氏体,以前叫二次索氏体或回火索氏体,现用做专指在高温较长时间回火时,碳化物已聚集在铁素体内均匀分布的、在大约1000倍显微镜下可清晰看到的较大颗粒的显微组织。
    2.《热处理指南》(上)(北京:机械工业出版社,1987.):所谓调质,就是使钢的组织变成索氏体的热处理工艺;而索氏体是一种高温回火组织,在约600℃的温度回火所形成的组织叫索氏体。这种组织的特点是:在充分发达的等轴铁素体中弥散分布着细小的球状渗碳体,索氏体组织具有适中的强度和优异的冲击韧性,最适用于机器结构用钢。
    由此可见,这两个文献虽然对“调质”和“索氏体”的定义不完全相同,但可以说是大同小异。
    所以我个人认为:细珠光体和索氏体的最大区别有两个方面:

①二者的形态不同,细珠光体有两种形态,一种是片层状,一种是颗粒状;而索氏体是一种球状或颗粒状组织;

②二者的形成条件不同,值得强调的是:这里所说的形成条件不同不是指它的形成温度不同,而是指:珠光体(当然也包括细珠光体)是在(奥氏体)冷却过程形成的,而索氏体则是在淬火后的加热过程形成的!
一言蔽之,珠光体是在冷却过程形成的组织,其形态有片层状和颗粒状两种;索氏体是在加热过程形成的组织,其形态是颗粒状!
另外,《热处理须知》(上)(北京:机械工业出版社,1988.)也将珠光体定义为奥氏体的缓冷组织,它的粗细与缓冷的具体速度(如风冷、空冷、炉冷)有关,风冷时最为细密;而索氏体是一种高温回火组织。

  1. 喷丸是借助于高压气体把钢丸或铁丸喷出撞击零件表面,抛丸是借助于高速旋转的叶轮把小钢丸或者小铁丸抛掷出去高速撞击零件表面。
  2. 喷丸处理,一般有以下几种作用:
  • 清洁表面(除氧化皮.毛刺.污物等)

2.使表面产生压应力,提高抗疲劳性能.

  1. 喷丸(砂):压缩空气将钢丸(砂)吹到工件上;
    抛丸:高速的叶轮将砂丸打到工件上。
    喷(抛)丸用的是2——2.5mm的钢丸,喷砂用的是砂粒,如石英砂。
    喷丸用于清除厚度不小于2mm的或不要求保持准确尺寸及轮廓的大中型金属制品以及铸锻件上的氧化皮、铁锈、型砂及旧漆膜。
    喷(抛)丸除清理作用外,还有一定的强化作用。
    但是:1.对薄板易变形
    2.不能彻底清除油污
    如果说到清理效果,最好的是喷砂。
  2. 工艺上齿轮渗碳淬火后一般进行清理喷丸,图纸上有特殊要求,还要进行齿根强化喷丸。
  3. 焊后热处理的范围很广,主要目的是为了消除应力。一般钢种选择最后一次回火-25℃的温度进行消除应力处理。建议针对钢种选择焊后热处理工艺,尤其是不锈钢。
  4. 一般常规的焊接件去除应力的回火在500–600度之间,保温后出炉空冷。
  5. 对于易发生晶间腐蚀的钢种,应采用更低温度进行退火,避开敏感温度区。
  6. 高频淬火可以获得比普通淬火更高的硬度,这与高频淬火后表层处于压应力状态有关。而当钢的原始组织为P+F的混合组织时,高频的硬度反而降低。这与高频的短时快速加热而导致C化物来不及充分溶解及各各元素不能够扩散均匀有关。
  7. 对于感应加热,由于加热时间短,基体组织越均匀,产生完全奥氏体的可能性越大,冷却时产生完全马氏体的几率也大,直接影响表面硬度和感应淬火深度。
    调质产品感应淬火效果最好,可以得到良好的表面硬度、淬硬层深度和金相组织。
    2.正火产品次之,正火产品感应加热时间相对调质产品要长,也可以得到良好表面硬度和金相组织。
    3.锻后直接感应淬火的最差,加热不足金相组织中出现大量的网状屈氏体组织,加热时间长得到感应过热组织。
  8. 因为调质可获得均匀的索氏体组织,从而使其在感应淬火这种快速加热奥化条件下,能够获得均匀而比较高的表面硬度。当然,这个结论是建立在比较理想的调质(获得均匀索氏体组织)前提下。
    2.退火和正火所得到的组织是先共析铁素体+珠光体(F+P)(具有亚共析成分的中碳及中碳低合金钢),从而使其在感应淬火这种快速加热奥化条件下,奥化不充分、不均匀导致最终感应淬火后硬度稍低且显得不够均匀。
    3.正火或退火因氧化皮厚而且一定程度的脱碳,也会影响感应淬火后的表面硬度。
    4.由于感应加热的奥化特点,要想获得高而均匀的表面硬度,必须有良好的调质组织(均匀单一的索氏体组织,而无未溶铁素体和先共析铁素体)。
    5.预处理硬度低与最终感应淬火硬度低的因果关系:
    (1)原始组织表面脱碳会导致调质硬度低(与未脱碳相比),从而导致感应淬火后的硬度也低;
    (2)因为钢的含碳量在下限甚至稍低于下限,同样会导致调质硬度低,不言而喻,此种情况下,感应淬火后的硬度同样低于正常情况;
    (3)如果因为调质回火温度过高造成调质硬度低,则不影响感应淬火硬度;
    (4)调质奥化不充分(欠热)或冷却不足形成的调质硬度低,则会导致感应淬火硬度低:
    6.调质态的硬化层分布较正火态明显,且正火态感应淬火后过渡区较调质大,腐蚀痕迹模糊(欢迎进一步讨论和求证);
    7.正火态感应淬火后马氏体粗大,变形量也大于调质态;
    8.中频淬火后表面粗糙度大(有待于继续求证);
    9.正火态的应力集中区较调质易于出现微裂(有待于继续验证);
    10.相同的中频参数,正火和调质表面硬度差异不大,但正火有效淬硬深度稍浅于调质;
    11.采用加大感应器间隙、降低功率、采用脉冲加热等方法,通过热传导方式可大大提高高频淬火的有效淬硬层深度。实验证明,250KHz高频电源加热模数5左右的齿轮,淬火后,有效淬硬层深可达齿根以下8~10mm;
    12.同样材料、同样预处理状态,采用不同频率的感应加热设备,频率高者,表面硬度高;
    13.材料正常,调质硬度出现较大差异时,原因在于调质工艺控制;
    14.对于GCr15类高碳低合金工具钢,球化组织更利于感应淬火获得均匀且较高的表面硬度;
    15.冷拉棒材(拉拔前进行过球化处理)可直接高频取得较理想的表面硬度,而热轧棒材不经预处理直接高频淬火,难以获得高而均匀的表面硬度;
    16.中频淬火因电流透入深度高,会造成次表面温度高于表面,且随透入深度加深,偏差会更大,导致中频淬火表面硬度低于高频;
    17.喷水压力过大或不均匀时,会造成感应淬火表面硬度不均匀;
    18.同一材料感应淬火硬度比普通淬火硬度高2~3HRC,原因在于感应淬火时,加热是局部的,赋予的热量很少又很集中,能够实现快速冷却,因此可容易获得或近于获得100%的马氏体组织;
    19.喷水压力大小影响淬火硬度;
    20.局部因锻热成型,导致调质硬度与未参与热锻(碾)的部位有较大(3HRC左右)差异。
  9. 合金钢尤其是高合金钢淬火后并没有全部转变马氏体,在回火后继续转变马氏体,结果回火后硬度高。
  10. 采用亚温淬火可以提高延伸率。

 

 

 

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