高锰钢的热处理

高锰钢的热处理

第30卷第1期2009年2月热处理技术与装备

RECHULIJISHUYUZHUANGBEIVo.l30,No.1

Feb,2009

工艺研究

高锰钢的热处理

吴 霞,董志鑫,岳学庆,王 华

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(1.秦皇岛首创水务有限责任公司,河北秦皇岛 066004;2.厦门大学化学化工学院化学系,

福建厦门 361005;3.秦皇岛职业技术学院机电工程系,河北秦皇岛 066004)摘 要:本文介绍了入炉温度、升温速度、保温温度、保温时间、冷却速度、摆放位置等热处理工艺参

数对高锰钢力学性能的影响。关键词:高锰钢;热处理;力学性能

中图分类号: TG162.9 文献标识码: A 文章编号:1673-4971(2009)01-0044-04

HeatTreatmentforHighManganeseSteel

WUXia,DONGZhi xin,YUEXue qin,WANGHua

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(1.QinhuangdaoShouchuangWaterInvestmentCo.,Ltd.,QinhuangdaoHebei066004,China;2.DepartmentofChemistry,CollegeofChemistryandChemicalengineering,XiamenUniversity,XiamenFujian365001,China;3.Departmentofmechanicalandelectronicengineering,Qinhuangdaohighervocationalandtechnicalcollege,

QinhuangdaoHebei066100,China)

Abstract:Thispaperintroducestheeffectofheattreatmentparametersincludingchargingtemperature,heatingrate,holdingtemperature,holdingtime,coolingrate,puttingpositionetconthemechanicalprop ertiesofhighmanganesestee.l

Keywords:highmanganesestee;lheattreatmen;tmechanicalproperties

0 前言

高锰钢的热处理是将高锰钢铸件加热到碳化物固溶的温度,并保温一定时间,然后在水中快速冷却,形成单一的奥氏体组织,使其强度和韧性大大提高,达到可加工硬化的目的。与普通碳钢不同,高锰钢在水中淬火后不是变硬,而是变软了,因此高锰钢的热处理又叫水韧处理。在热处理过程中,碳化物是在固溶态下溶解到奥氏体中去的,所以又叫固溶强化处理。高锰钢固溶处理的参数主要有入炉温度、升温速度、保温温度、保温时间、摆放位置等。1 入炉温度和加热速度

高锰钢铸件在入炉之前,铸件表面的粘砂、披缝

收稿日期:2008-10-24

作者简介:吴霞(1976-),女,主要从事水污染防治方面的研究

联系电话:13933911319; E-mai:lqhdwuxia@http://doc.guandang.net

和浇注冒口要清理干净。粘砂对铸件加热或冷却都

有隔热作用,使铸件加热和入水后的冷却不均匀,严重粘砂会降低铸件入水后的冷却速度,造成晶界碳化物重新析出。披缝较薄,在热处理加热时会脱碳,水淬后会变成马氏体,马氏体相变体积膨胀,可能会使铸件基体受到拉应力而开裂。高锰钢导热性能低,100 以下为碳钢的1/4~1/6倍,600 时为碳钢的1/2~5/7倍。高锰钢热膨胀系数大,为碳钢的2倍,500 以上更大。虽然铸件在低温加热过程中无相变应力发生,但加热到300 以上,会在晶内和晶界上出现脆性碳化物增多的现象,有时会发生珠光体转变。高锰钢辙叉结构复杂,同一铸件壁厚相差悬殊,铸件本身存在不小不等的铸造应力。在热

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第1期吴 霞等:高锰钢的热处理

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处理的加热或冷却过程中不同部位存在较大的温差,产生热应力。这样,热应力和铸造应力叠加,会使辙叉产生裂纹。因此,必须控制高锰钢辙叉的入炉温度和加热速度。

高锰钢辙叉热处理工艺分两种:冷辙叉处理和热辙叉处理。对于热辙叉,如果装入同一窑的所有辙叉的装窑温度基本和窑温一致,则这种工艺可以节能,提高效率。但在实际生产中装窑温度很难与窑温一致,且相差较大,主要原因有:不同炉次的辙叉开箱水爆后在同一窑中进行热处理,造成同一窑中辙叉的初始温度不同;由于连续生产,每天窑的温度也不尽相同;季节性的温度变化导致辙叉与窑温的变化较大;辙叉在窑内的排序不同会造成一定的温差。这样导致辙叉与炉窑存在较大温差。沈阳铁路局薛家配件厂老工艺的热辙叉升温起点高(450 ),升温速度快(150 /h)。由于高锰钢导热性差,就会使辙叉内部产生较大的热应力,在随后的水淬急剧冷却处理中或前期升温时发生开裂。对于冷辙叉(温度为室温)前期均温不够、保温时间短、升温起点高(分别为400 和200 ),升温快(分别为160 /

h和90 /h)。这样升温曲线起点、辙叉和炉窑起始温度存在较大温差,导致辙叉在水韧处理后开裂。图1是他们改进后的高锰钢辙叉热处理工艺。在新

工艺中,冷辙叉的装窑温度降到室温,热辙叉装窑温度降到150 。两种辙叉入窑后都均温1.0~1.5h后再升温。在650 以下升温时,由于高锰钢晶界和晶内会析出碳化物,有时还会发生珠光体转变,因此升温速度要慢。改进后的工艺,冷、热两种辙叉从150 升温到650 时,升温速度均为90 /h,冷辙叉在150 以下升温速度要降到70 /h。此外,在650 以下升温时,升温速度随高锰钢中C、P含量增加而放慢,这是因为C、P含量与热处理时加热裂纹密切相关。升温到650~700 时,要保温1~2h,目的使辙叉温度均匀,消除铸造应力。温度大于650 ,超过了高锰钢的弹性变形温度,高锰钢由弹性状态进入塑性状态,而且脆性碳化物逐渐溶解到奥氏体中去,钢的强度和塑性得到改善,加上保温处理,铸造应力得到消除。因此随后可以快速升温,升温速度大于100 /h,甚至到150 /h

。

图1 高锰钢辙叉改进后的热处理工艺

Fig.1Heattreatmentprocessimprovedforhighmanganesesteelcrossing

2 固溶处理温度和保温时间

固溶处理温度和保温时间确定的根据为:碳化物充分溶解、奥氏体适当的晶粒度、钢中化学成分均匀,得到最佳的力学性能、防止过热组织出现。

TB/T447-2004规定对不含其他合金元素高锰钢辙叉的水韧处理温度为1000~1100 。渗碳体型的碳化物溶解过程是碳从碳化物中向奥氏体中扩散,原来渗碳体相的铁原子自扩散,并形成面心立方的奥氏体。(Fe,Mn)3C型碳化物中的碳原子和其它,快。加热到1000 ,(Fe,Mn)3C即可全部分解。为了加速分解、溶解和扩散,促进成分均匀化,固溶温度为1050~1100 已足够了。温度超过1050 时,奥氏体晶粒开始长大。当温度达到1120 时,奥氏体晶粒明显长大。温度大于1150 时,晶粒粗大,出现过热组织。

对于含有铬、钼、钒、钛等碳化物形成元素的高锰钢,在组织中会有特殊碳化物,其溶解较困难,其固溶温度应提高30~50 。如马广清等人

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的研

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1050 时,不能使奥氏体转变完全,碳化物也不能充分析出;在1100 加热温度下,奥氏体转变完全、晶粒细小,碳化物弥散其中,并有较好的力学性能。而水韧温度为1150 时,晶粒有变大趋势。保温时间只要能使碳化物充分溶解、成分基本均匀即可。过长的保温时间对力学性能无益。表1为保温时间对高锰钢辙叉力学性能的影响,其中铸件的化学成分、加热时间及保温温度(1080 )均相同。从表1可以看出,保温0.5h显然不足,保温2h效果最好,超过2h时性能有所下降。由于各厂家在保温之前热处理工艺不尽相同,保温时间有所差别,根据目前收集到的文献

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叉进入水中。水淬时冷却速度不足也会在冷却过程中从奥氏体中析出碳化物。为使水淬时有更好的散热条件,水池中水容量要求为铸件重量的8~10倍。如水池是循环冷却水,可适当减少水池容积。水池的深度要保证铸件全部浸没在水中。入水时要求水温小于45 ,最好小于30 ,处理后水温小于60 ,以 …… 此处隐藏：5213字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……