【摘 要】
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本文对不同厂家生产的20CrMoH摆线轮的组织性能进行了测试与分析,并以其中一家企业生产的摆线轮为研究对象。该企业生产的20CrMoH摆线轮采用锻造方法一次成型,在锻造状态下,组织中存在严重的5级带状组织缺陷,且渗碳保温时间较长,组织粗大。针对上述问题,本实验进行了不同工艺的预备热处理后,分别采用连续渗碳炉和真空渗碳炉进行了渗碳淬火,利用光学显微镜、扫描电子显微镜对摆线轮的微观组织进行了观察,利用
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本文对不同厂家生产的20CrMoH摆线轮的组织性能进行了测试与分析,并以其中一家企业生产的摆线轮为研究对象。该企业生产的20CrMoH摆线轮采用锻造方法一次成型,在锻造状态下,组织中存在严重的5级带状组织缺陷,且渗碳保温时间较长,组织粗大。针对上述问题,本实验进行了不同工艺的预备热处理后,分别采用连续渗碳炉和真空渗碳炉进行了渗碳淬火,利用光学显微镜、扫描电子显微镜对摆线轮的微观组织进行了观察,利用直读光谱仪、显微硬度计、三维坐标仪对摆线轮的化学成分、显微硬度、变形量进行了测定。结果表明,锻造成型后的摆线轮经930℃保温60 min空冷工艺的正火热处理后,显微组织中含有较多的贝氏体,显微硬度为289 HBW,不利于进行后续的切削加工。经过930℃保温120 min淬火+600℃保温90 min高温回火的调质热处理后,摆线轮的组织为回火索氏体,带状组织的等级降低至0-1级,显微硬度为267 HBW,具有较好的可加工性。而采用930℃保温150 min快冷+650℃保温3 h空冷的等温正火热处理后,其显微组织为铁素体+珠光体,带状等级为0-1级,显微硬度约为200HBW,可加工性较好。此外,在等温正火处理过程中,当保温时间从90 min延长至120 min时,带状组织的等级从3级降低为2级,当保温温度从930℃升高到950℃时,带状组织等级依然为3级,这表明保温时间的延长可降低带状组织的等级,而保温温度的提高则对带状组织的影响不大;等温退火处理后,由于摆线轮心部组织在Ar1与Ar3两相区之间停留时间过长,心部消除的带状组织则会再次出现。采用连续炉对摆线轮进行920℃,强渗碳势1.2%,强渗保温时间2-2.5 h,扩散碳势0.8%,扩散保温时间3-5 h,淬火温度800-850℃的渗碳热处理后,结果表明,摆线轮由表层到心部的微观组织依次为块体碳化物区、碳化物与针状马氏体的混合区、针状马氏体区和板条马氏体,碳含量逐渐降低,显微硬度从750 HV1先上升为770 HV1再逐渐下降至430 HV1,表现为先升高后下降的趋势。连续炉渗碳热处理过程中,当扩散保温时间从3 h延长到4 h,摆线轮渗层深度从0.69 mm增大至1.05mm,表明扩散保温时间延长增加了摆线轮的渗层深度;当扩散保温时间从4 h延长到5 h,强渗保温时间从2 h延长到2.5 h,摆线轮渗层深度从1.05 mm增大至1.2 mm,金相等级从1级降为2级,这表明强渗及扩散保温时间的延长在增加摆线轮渗层深度的同时降低了组织均匀性;当淬火温度从850℃降到800℃,摆线轮最大变形量从0.1 mm降为0.03 mm,这表明降低淬火温度可有效减小摆线轮的变形量。此外,对比真空热处理炉和连续热处理炉处理后的摆线轮组织和显微硬度后发现,两者的微观组织与显微硬度基本一致。采用真空炉对摆线轮进行880℃,渗碳压力1500-4000 Pa,保压25 s,渗扩比1:3与1:5,渗碳时间55 min,淬火温度780℃的渗碳热处理后,结果发现,调质与等温正火处理后的摆线轮金相组织虽然不同,但等级都为1级,渗碳后的洛氏硬度约为61.5 HRC,渗层深度在0.65 mm-0.75 mm之间,金相等级为2级,变形量为0.04 mm,这表明不同工艺的预备热处理对摆线轮渗碳后的组织及性能基本没有影响,渗碳前的组织等级对摆线轮的组织性能具有决定性作用。当渗碳压力从2500 Pa升高到4000 Pa时,距表面0.1 mm距离的增加摆线轮的显微硬度值最大下降幅度从79.3 HV1变为118.2 HV1,显微硬度降远远大于标准值35 HV1,其原因主要是因为渗碳压力的升高导致摆线轮的组织均匀性变差。当渗碳压力为1500 Pa,渗扩比例为1:5时,摆线轮的显微硬度下降幅度均小于标准值35 HV1,渗层深度从0.85 mm增加至1.1 mm,这表明渗碳压力的降低及扩散保温时间的延长改善了摆线轮渗层组织的均匀性,并增加了摆线轮渗层的深度,但过长的保温时间也会使晶粒尺寸有长大趋势,从而降低摆线轮的服役性能。
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