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热处理的“冤假错案”,热处理人都有共鸣

发布来源:东莞挣鑫金属表面处理厂  发布日期: 2022-05-18  访问量:378

对于任何单位来说,只要经过热处理,就不可避免地会出现一些质量问题。缺陷分析应实事求是,但现实是非常不公平的。没有人把我们的热处理器当作裁判。只要有质量问题,总会有人对你说三道四。积累了很多冤假错案,也许一辈子都不会 昭雪。以下从设计、材料、锻造、磨削四个方面阐述了对热处理的危害,请批评指正。

一、设计不良造成的热处理废物

机械设计师应该了解一点热处理,但实际上,刀具、模具、量具等热处理由于设计不良而开裂。由于重冷轻热传统观念的影响,只要在热处理中开裂,犯罪总是热处理。

以模具设计为例,设计不仅应具有合理的结构,还应根据模具的使用条件和应力状态选择材料,制定合理的热加工工艺,以达到预期的硬度值和机械性能。此外,还应充分考虑钢材料的纤维取向、模具的几何形状变化、圆角曲率半径的大小,并进行相关的实践验证。目前,模具设计对热处理的危害主要体现在:模具结构不合理(截面尺寸不均匀,许多地方不是圆角过渡);硬度要求不合理;材料选择错误,如使用40Cr工作模具的尺寸远远超过其临界淬火直径,油淬不硬,水淬易裂。

刀具设计也有不合理的地方,比如使用M42之类的高性能高速钢,动辄要求67~69HRC高硬度导致刀具早期断裂,有些根本不能使用。我们应该以现实为镜子,不能盲目追求高硬度,超硬高速钢也不能超硬度。根据我们多年的经验,M42根据不同的产品,将硬度控制在高性能高速钢硬度66~67.5HRC较妥。

二、原材料不良导致热处理失误

材料是基础,基础不牢固。原材料不良主要体现在以下10个方面。

(1)网状碳化物

当模具钢有严重的网状碳化物时,脆性增加,应力集中部位容易形成微裂纹。随着切割次数的增加,微裂纹扩大,较终导致断裂,如图1所示。


图1 T12钢网状碳化物(500×)

(2)带状组织

当原材料有带状组织时,淬火组织也是带状的。该组织的不均匀状态会增加内应力,严重降低工具的使用寿命。此外,球化退火不良或其他原因留下的网状和带状碳化物也是工具早期脆性开裂的原因之一。

(3)碳化物偏析

高速钢的碳化物偏析对刀具裂纹的形成有很大的影响。研究表明,一旦碳化物偏析≥5等级时,裂纹的敏感性根据正常温度大幅增加。这是因为钢中碳和合金元素集中的区域在一定程度上降低了钢的熔点,即使在正常淬火温度下,也容易出现过热和过热组织。

(4)疏松

松散是大型材料常见的组织缺陷,降低了钢材的强度,热处理时容易开裂。

(5)表面裂纹

原材料的表面裂纹,在淬火前必须清除,否则淬火后会进一步扩大。

(6)碳化物液析

在钢的凝固过程中,由于碳和合金元素的分析,大碳化物在随后的热加工和冷却过程中不易消除。它以大碳化物带的形式沿钢的轧制方向存在于钢中,称为液体分析。液体分析增加了钢的脆性,金属基体被切割,淬火容易开裂。CrMn钢碳化物液析照片。


图2 CrMn钢碳化物液析(500×)

(7)脱碳

脱碳不得超过国家有关标准,淬火前应全部去除。如有脱碳,由于相变不一致,容易形成淬火开裂。

(8)夹杂物

夹杂物是钢中常见的现象,根据其性质可分为金属夹杂物和非金属夹杂物。夹杂物对钢的质量危害很大,破坏和分割钢基体,降低钢的塑性和强度,使钢在锻造和热处理过程中容易在夹杂物中形成裂纹。图3显示了钢中非金属夹杂物的图片。


图3非金属夹杂物(200×)

(9)成分配比不合理

这个问题在其他钢材中影响不大,很少有人研究,但在高速钢材中要敏感得多。例如,当M2钢的C含量在下限(0.80%),而V含量在上限(2.2%)时,致使钢的碳饱和度低于0.76,淬火回火后硬度达 HRC刀具性能差,使用寿命短。

(10)热处理工艺性能差

近年来,我们经常生产W18钢扁条,用1220~1270℃淬火、金相、硬度基本相同,无二次硬化效果。碳化物在淬火过程中无法溶解,碳化物在回火过程中无法沉淀,刀片质量差,客户反应差。

三、锻造造成的热处理错误

锻造与热处理密切相关,其对热处理的危害主要体现在以下三个方面。

(1)锻造裂纹

部分单位锻造薄片车拉刀条时,容易产生纵向表面裂纹。淬火前不能完全清除,淬火后会重现扩大。图4显示了高速钢辊锻造的裂纹。


图4锻造裂纹

(2)脱碳

手动自由锻造或在反射炉中加热的高合金钢锻件是肯定的,但应保护退火,加热前应清除。事实上,为了节省有价值的原材料,一些单位在加热前保留了它们0.1~0.15mm脱碳层给热处理带来问题。

(3)萘断口

我们曾发现φ200mm×3mm锻件M2钢制中齿锯刀片铣刀,淬火金相检验时发现一边有萘断口,而对边组织正常,萘断口形貌如图5所示。


图5 萘断口(500×)

四、磨削裂纹

渗碳钢或高合金钢件热处理后一切正常,但垂直于磨削方向的裂纹是典型的磨削裂纹,如图6所示。只要回火充分,不过热,热处理无过错。


图6 W18钢麻花钻磨裂纹

五、结束语

从以上四种情况来看,设计、材料、锻造、研磨等都与热处理密切相关。热处理是由人控制的。一旦出现质量问题,热处理就是罪人。我们应该实事求是,找出真正的原因,清白热处理,给热处理一块沃土,让它健康成长。


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