轴的热处理—金利恒旺

2019-03-0810:42:07已关闭评论

零件名称:轴，见图8－11。

图8－11　轴

材质: 0Cr13Ni4Mo。

热处理要求:

(1)调质力学性能: R，780～980N/mm²; R≥685N/_m_p0.2 mm²; A≥15%; A≥49J;硬度，285～321HB。_KVISO

(2)轴径镀铬，55～60HRC。

1．零件常见的失效形式及应具备的性能

该轴在运行中的转速为5200r/min，在高速运转的同时，还要带动叶轮和水介质，工作状态受力复杂，要承受弯曲、扭曲、冲击、疲劳等多种作用力，一旦变形或断裂，将造成严重的后果。轴颈部位还有强摩擦。介质为有一定温度并稍有腐蚀性的水介质。

该轴设计要求有较高的强度、塑韧性，轴颈应耐磨，轴还应有最小的应力和良好的稳定性，以防止运转时产生振动和噪声。

2．材料选用原则及热处理方法选择

马氏体不锈钢0Cr13Ni4Mo是发展比较晚的、具有较优良力学性能和热处理性能的新型不锈钢。其具有较好的耐腐蚀性能，通过调质处理可调整力学性能，有合适的强度和韧性配合，满足受力复杂情况下的强度要求，可以配之各种表面强化处理，提高耐磨性，有较高的抗回火性，在较高的回火温度下保持优良性能，所以，可用较高的温度进行消除应力处理，保证零件具有较低的应力和稳定的组织。

该轴选用0Cr13Ni4Mo钢是合理的。

3．零件主要加工工序

锻造——退火(A)——粗加工——调质(B)——矫直——高温去应力处理(C)——性能检验——机械加工——探伤——高温去应力处理(D)——铣槽——半精加工——探伤——镀铬——去氢退火(E)——精车——磨削——检查。

4．热处理工艺分析及应注意的问题

(A)退火。

轴坯锻造后存在应力，硬度偏高，不易加工，还可能存在不稳定组织，所以，应进行锻后退火处理，具体工艺见图8－12。0Cr13Ni4Mo钢的A_C1点很低，退火温度不能太高，超过相变点后再冷却下来，组织中可能存在马氏体，硬度升高，组织不稳定。所以，退火温度一般选在620～640℃，充分保温后空冷，即可保证硬度不大于200HB，获得具有板条马氏体形态的索氏体组织。

(B)调质。

调质处理是为了保证轴达到要求的力学性能。具体的工艺见图8－13。

0Cr13Ni4Mo钢的相变点较低，研究表明，加热到850℃左右时，材料即可获得奥氏体组织。但其合金元素较高，为使碳和合金元素能较好地溶解，使奥氏体成分充分均匀化，采用1020～1050℃加热是合适的。更高的加热温度可能引起晶粒长大和合金元素过量溶解，淬火后会增加残余奥氏体含量及塑韧性下降。

淬火加热保温后采用油冷却。该材料淬透性很好，冷却太激烈或出油温度太低，可能产生淬火裂纹(特别是零件截面较大时)。淬火冷却出油温度应不低于80℃或采用间断油冷的方式冷却。

图8－12　退火工艺

图8－13　调质工艺

淬火后应及时回火，根据力学性能要求，回火温度选在580～600℃之间是合适的，回火可采用空冷。该材料如果在480～520℃之间回火，会使韧性下降，应避免在这个温度回火。

0Cr13Ni4Mo回火温度过低，达不到回火的目的，硬度高，塑韧性不足，但回火温度超过640℃，也会使材料硬度高，塑韧性下降，这是因为该材料的A _C1点较低，超过640℃回火，会超过A _C1点，加热保温过程中将产生奥氏体，而冷却后转变成马氏体。

一旦因回火温度过高而引起硬度升高和塑韧性降低，可在原回火温度或略低于原回火温度重新回火一次。

回火冷却采用空冷可达到技术要求，但采用油冷，则会使韧性有所提高。

(C)、(D)高温消除应力。

在本轴的加工工序中，安排了两次高温消除应力工序。具体工艺见图8－14。

图8－14　高温去应力工艺

第一次高温消除应力(C)是考虑轴在调质处理时，有可能产生弯曲，并用机械法矫直，这次高温消除应力就是消除机械矫直时产生的应力，因为轴经过机械矫直产生的应力不及时消除，会在以后的时间里，甚至在运转过程中慢慢释放，这会引起已经加工好的轴又产生弯曲变形，对设备的性能产生不利的影响，因此，矫直应力必须及时消除。当然，如果轴在调质时不产生弯曲，不经过矫直，则这次高温去应力可不进行。

第二次高温消除应力(D)是为消除机械加工中产生的应力，机械加工产生的应力不消除，同样会引起不良的后果。

高温消除应力的加热温度采用550～570℃，这是考虑要低于调质回火温度以下20～30℃的原则，又避开在520℃以下加热可能产生的脆性。

(E)去氢处理。

去氢处理的目的主要是去除轴颈在镀铬时，镀铬层中产生的氢，这种氢存在于镀层中，会引起镀层的脆性增加和剥落。采用180～220℃的温度足以达到去氢的目的。具体的工艺见图8－15。