GP240GH材质机架热处理工艺的改进
2019-08-30姜春雷宋宏威
姜春雷 宋宏威
(中国一重集团有限公司，黑龙江161042)
2018年我公司GP240GH材质机架产品较多，生产周期紧张。以往该材质机架采用正、回火热处理工艺形式，但存在热处理周期长、能源消耗多的问题。在确保质量的前提下，为保证产品交货期并达到节本降耗的目的，经模拟试验和实际产品验证，将产品的热处理工艺进行改进，生产出符合用户要求的合格产品。
1 GP240GH材质机架的基本要求
GP240GH材质机架的化学成分如表1所示，力学性能要求如表2所示，原热处理工艺形式如图1所示。
表 1 化学成分要求(质量分数，%)Table 1 Chemical composition requirements(mass fraction, %)
表2 力学性能要求Table 2 Mechanical properties requirements
图1 原正、回火工艺曲线Figure 1 Original normalizing and tempering process curve
2 热处理工艺改进
2.1 模拟试验
模拟试验用试料共4块，尺寸均为50 mm×50 mm×150 mm，每两块为一组共分为两组。第一组模拟试验采用910℃奥氏体化，第二组模拟试验采用920℃奥氏体化，两组试验目的在于验证GP240GH材料进行退火来满足技术要求的可行性，以及确定合适的奥氏体化温度参数。模拟热处理工艺曲线如图2所示。
图2 模拟退火工艺曲线Figure 2 Simulated annealing process curve
工艺CSiMnCrNiMoVAlCu910℃退火0.180.190.410.400.660.640.280.270.350.350.160.170.0060.0050.0120.0120.060.06920℃退火0.200.190.400.370.670.650.250.230.340.320.170.150.0050.0040.0120.0140.060.05
2.2 模拟试验结果
如表3、4所示，试验结果显示两组试样的屈服强度位于要求值下限，抗拉强度位于要求值下限或低于下限值；采用920℃退火的试样在强度方面要稍强于采用910℃退火的试样，抗拉强度也只是稍高于技术要求(实际生产很难满足技术要求)，断后伸长率、断面收缩率、冲击吸收能满足技术要求。
表4 力学性能检测结果Table 4 Test results of mechanical properties
2.3 模拟试验结论
试验结果表明单纯的退火工艺形式不能满足产品的强度要求，需要采取措施提高强度，具体措施如下：
(1)通过模拟试验可以看出，920℃退火后抗拉强度虽然稍好于910℃退火，但提高不明显，同时冲击吸收能损失相对较大，综合考虑确定奥氏体化温度仍采用910℃。
(2)控制C、Si、Mn元素含量，改善强度数值。
(3)提高奥氏体化后的冷却速度，减少先共析铁素体析出量、减小珠光体的片间距，从而提高强度，同时应尽可能地减小产品的应力，防止变形。具体方案措施：将奥氏体化后的冷却改为两段，第一段为鼓风冷，完成组织转变；第二段为炉冷，防止变形。
3 热处理工艺改进后的试制
选取近期生产的两件机架进行试制，为保证其性能要求，在工艺准备阶段对C、Mn、Ni元素按要求值中上限控制，如表5所示。
表5 化学成分内控(质量分数，%)Table 5 Internal control chemical composition (mass fraction, %)
图3 热处理曲线Figure 3 Heat treatment curve
表6 力学性能检测结果Table 6 Test results of mechanical properties
图4 金相照片(500×)Figure 4 Metallograph (500×)
两件机架热处理截面厚度约600 mm，因此奥氏体化时间定为24 h。第一阶段冷却采用鼓风冷，依据室兰曲线，风冷约2 h～3 h，此时工件表面冷至500～600℃，心部约为600℃，铸件的组织转变已经结束。第二段冷却采用限速炉冷，减少铸件的应力、防止变形。热处理曲线如图3所示。
两件机架均一次热处理合格，各项性能指标满足技术要求，具体检测结果如表6所示。
利用冲击残样进行金相组织检验，金相组织均为“珠光体+铁素体”，晶粒度为6.0级，金相照片如图4所示。
执行改进后的热处理工艺，机架在后续机加工时没有发现变形的问题，说明第二段限速炉冷起到了减少工件应力、防止变形的作用。
4 结束语
改进后的热处理工艺显著地缩短了产品的热处理生产周期，起到了降低能源消耗、降低生产成本的效果。以热处理有效厚度为600 mm的机架生产周期为例，当采用原热处理(正、回火)工艺生产时，生产周期约为105 h，而采用改进后的热处理工艺生产，生产周期降为55 h。两者对比，工艺周期缩短了47.6%，经济效益十分显著。目前，改进后的热处理工艺已广泛应用于GP240GH材质机架的生产。
