利用亚温淬火解决大型中间轴55#锻钢粗晶问题

2018-11-29侯少钦

大型铸锻件 2018年6期

关键词：中间轴网状杂波

张丹冯敬曹华李其侯少钦

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618000)

55#中间轴锻钢是二重为国内某钢厂生产的轧机电机传动部分的关键零件。该零件用于传递动力，工作时，受到较大的扭矩力。因此，中间轴的超声检测和力学性能要求较高。在生产过程中，出现超声检测杂波较高，晶粒粗大，影响检测的判定。

本文研究了55#中间轴锻钢产生粗晶的原因，通过热处理工艺优化，解决了超声波探伤杂波问题。

1 技术要求及制造工艺

1.1 超声检测要求

超声检测验收要求起始灵敏度为∅1.6 mm，不允许有当量直径≥∅3.0 mm的缺陷，底波衰减不允许≥3dB，轴表面至130 mm范围内部允许存在环状和带状缺陷。

1.2 制造工艺

55#中间轴经真空浇注方式获得钢锭，再由水压机锻造成型，其次在台式热处理设备上进行性能热处理。中间轴的化学成分见表1。

性能热处理工艺见图1。性能热处理后，按图2所示对中间轴进行超声检测，检测结果表明，共建衰减较重，A、E两段心部杂波达的∅2 mm以上，B、C、D段心部杂波达∅1.6 mm。无法满足超声检测起始灵敏度∅1.6 mm的要求。

表1 中间轴的化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical composition of intermediate shaft (mass fraction, %)

2 试验方法及解决措施

2.1 组织转变模拟

利用JmatPro软件进行模拟计算，得到55#钢的热处理连续冷却转变曲线。大锻件正火后，心部温度难以在半个小时以内冷却到600℃以下，因此，从曲线上分析，会获得先共析铁素体+珠光体的组织。而且，铁素体转变在珠光体转变的上方，将整个珠光体转变完全覆盖，两者之间的距离很小，为网状铁素体的形成提供了条件。55#钢连续转变曲线见图3。

2.2 试验方法

为了分析粗晶原因，在中间轴上取尺寸为30 mm×30 mm的试块，按照中间轴先前制造过程，将锻造加热工艺和性能热处理工艺(正火)进行了模拟。先将试样加热至1260℃保温6 h后炉冷，对试样进行晶粒粗化，观察组织见图4。然后将试样加热至850℃保温，以20℃/h的速度冷却，观察组织见图5 。

2.3 原因分析

图1 性能热处理工艺Figure 1 Performance heat treatment process

图2 探伤情况Figure 2 Flaw detection situation

图3 55#钢热处理连续转变曲线Figure 3 Continuous transition curve of heat treatment for 55# steel

图4 1260℃晶粒粗化组织Figure 4 Structure of coarse grain at 1260℃

由图4可见，试样经过1260℃处理后，组织粗大，沿原奥氏体晶界析出网状铁素体，铁素体包裹整个晶粒。经850℃正火后，晶粒得到细化，但仍是网状铁素体，基本上仍是包裹整个晶粒。

图5 850℃正火组织Figure 5 The structure when normalizing at 850℃

55#钢属于亚共析钢，其奥氏体化后在冷却到转变点以下时，在奥氏体晶界上就会生核，并析出铁素体。当达到共析成分时，剩余的奥氏体全部发生共析转变，生成许多不同方位的珠光体团。这些铁素体如果严重粗化，将导致超声波的大量散射，严重影响超声波的传播，妨碍正常的检测[1]。

55#中间轴在锻造过程中，中心部位变形小，法兰心部变形最小，对枝状晶的打碎力度要弱一些。在随后的热处理过程中，中间轴心部位置的过冷度也是整个工件中最小的，在随后的奥氏体化过程中，其形核率也小，导致中间轴心部晶粒比外部粗大。经过正回火后，形成包裹整个晶粒的网状铁素体，铁素体大小等于整个晶粒大小。在随后的检测中，因为存在包裹整个粗大晶粒的铁素体，造成超声波检测杂波高，无法满足检测要求。