GCr15钢轴承套圈锻造余热退火新工艺及生产线.docx
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GCr15钢轴承套圈锻造余热退火新工艺及生产线
GCr15钢轴承套圈锻造余热退火新工艺及生产线
一
;太
l99年第1期吉林冶金29
@
GCr15钢轴承套圈锻造余热
退火新工艺及生产线
刘云旭朱启惠
(吉林工学院材料工程系)
-_r6f8,『
摘要提出了一种Gcfls钢轴承套圈利用锻造求热球化退火新工艺及其生产线.谖工艺具有节
能快速,优质的特点.文中对锻造余热退火时碳化韧的球化过程也作丁阐述.
关键词
认
1前言
GCrl5钢制零件,较好的退火组织,一般
认为是细粒状珠光体”.研究表明,淬火前先
经碳化物超细化处理,可显着提高强度,韧
性,耐磨性和使用寿命.
GCrl5钢锻件,获得粒状碳化物的退火
是一项耗能较多的工序.如果在淬火之前再
加一道碳化物超细化处理,又将消耗更多的
能源.因此.生产中很少采用.
我们利用轴承套圈锻造成型之后的剩余
热量进行球化退火(以下称锻热退火),节
省能源,缩短生产周期和改善组织.
2锻热退火试验
GCrI5钢轴承套圈毛胚的锻造.一般加
热至1050~1100℃,获得成分均匀丽晶粒粗
大的奥氏体,锻造成型的压下量为6O~
7o,停锻温度为850~900℃,锻后在空气
中冷却.由于中,小型套圈成型的变形和随后
的冷却都比较快,奥氏体的塑性变形特征会
部分残留,套圈停锻后较为迅速地冷至Ar.
下,会全部转变为伪共析(细珠光体)组织.
以有效厚度为ZSmm的套圈为饲,停锻
1994年9月10日收樯
后在空气中玲却到650℃,测得的冷却曲线
如图l所示.可以看出,锻件冷至680℃时又
回升到?
00℃,这是由于钢件发生珠光体转
变释放相变潜热引起的.
将玲至650℃的套圈水冷后,测得硬度
为HB318.显微组织为细片状珠光体,闻或
有少量极薄网状碳化物沿晶界析出.
锻件冷到650℃之后.立即加热到Ac.
稍上,并作短时间保持E细片状璩光体向奥
氏体转变.并残罾较多的未藩碳他精细粒,以
利于碳化钧球化.
钢件锻后空冷至Ar.以下.再加热到
760”C保持30rain.而后空冷至79-0℃保持
40rain后空冷,其显微组织如图2所示虽然
一
目1壁厚为25ram的GCrl$铜套圈
搬后空冷的冷却曲线
30吉林冶金
碳化物大多数已经破碎但尚未完全球化.如
果锻后利用余热进行2敬76O℃(20mln)冷
至72’0℃(20rain)循环处理.其显徽组织如图
3所示.表明碳化物仍来完全球化.
上述结果主要是由于锻后加热温度偏
低,奥氏体化不完全和等温保持时间过短碳
化物来不及球化造成的.
经过一系列试验得出.GCrl5钢套圈停
锻后空玲至650℃之后,立即加热至8∞℃,
作短时闻(20rain)保持.可以获得最有利于
碳化物球化的奥氏体状态.而后再冷至
720℃等愠保持80rain.出炉宅冷.处理后的
显微组织如图4所示.可以看出除了少数碳
化钩球尚未完全断开(见照片中圆圈所示的
部位)之外,碳化物基本上都实现了璋化.
3锻造退火碳化物的球化过程
由于锻造时钢件的大量塑性变形和锻后
的快速冷却,保留了较多的形变特性,使形成
的细片状珠光体中具有较高的位错密度这
圉:
套圈锻后加热至76O℃(30rain)冷至
720℃(40~uin)空冷后的电镜照片
图3套圈锻后进行2敬76~’C(2~tn)冷至
720”C(20rain)循环处理后的电镜照片
囝4套圈锻后加热至Boo℃(2伽nn)冷至
720~C($0min)空冷后的电镜照片
种组织加热时,在片状珠光体中碳化物的亚
晶界处和与铁索体中位错密度较高部位相邻
的片状碳化物处,都有利于奥氏体的形成和
碳化物的溶解,因而使碳化物形成断续小片.
当奥氏体形成时,破裂的碳化物小片,一方面
从尖角处溶解,一方面在平面处析出,逐步向
球状转化.当奥氏体刚剐形成铁索体消失
时,奥氏体中的平均含碳量不是高于共折浓
度而是低干共析浓度,因此锕中存在有相当
多分布均匀的粒状残留碳化物.因此,锻后迅
速玲却获得细片状珠光体,是实现锻热快速
球化遇火的重要条件,而奥氏体化的温度和
时间,刚是实现剩余碳化物球状化的关键
锻件重行奥氏体化时,应使其获得碳浓
度不均匀的奥氏体,并有较多碳化物残留,且
呈均匀分布的细粒状.这在随后冷却和等温
保持时,非常容易发生珠光体转变.转变时奥
氏体除了有少量在残留碳化物上析出碳化物
而在周围形成铁索体之外,大部分按先转变
为细片状珠光体,其中细片状碳化物按破裂,
尖角溶解,通过碳的扩散在平面或邻近粒状
碳化劫上析出的方式转变为粒状珠光体.此
外.还会发生细粒状碳化物褡解,在较大粒状
碳化物上析出的聚集长大过程.整个锻热退
火就是上述几种球化方式复台球化的结果.
等温球化退火在Ar稍下等温停留时
间,不仅影响碳化物的彤貌,而且也会影响碳
化物的尺寸大小.随着等温保持时间的增长,
铜中的碳化物形貌趋于球形,且差异减小,碳
化物的平均尺寸加大.
1995年第1期3l
4轴承套圈锻热退火结果
在小型周期生产的热处理炉中试验时,
采用了如图5口所示的工艺,在T一300型推杆
式电炉(每盘装料100kg左右)中生产性试验
时,采用如图56所示的工艺.经上述工艺退
火后,均获得了良好的球化退火组织.
锻热退火处理后,钢件的硬度比较均匀,
普遍稳定在HB197~212范围之内,极少超
过HB212.钢件经锻热退火处理后的显微组
织如图6a,b所示.为了便于比较,经普通退
火处理后的显微组织(1,2级)亦示于图6之
中如c,d所示.其锻热退火的显微组织中.碳
化物较为细小,呈球状,而且分布均匀.
锻热退火套圈的硬度,偏于目前工业上
要求的上限,但切削加工性良好.以加工
7611轴承外套圈为例,使用C620车床,用
YT刀头加工,几种规范的切削试验表明,锻
热退火套圜的切削性能都稍优于普通退火的
套圈.例如,当切削规范为:
s一0.54ram/转,
t=1.50mm,V=142m/min时.硬度为
HB212的锻热退火的套圈和硬度为BH201
的普通退火套圈切削试验表明,锻热退火钢
料的切削抗力较小,切屑颜色较淡(为黄褐
色,普通退火的为深蓝色).
锻热退火的突出优点是大量节能.
Gcrl5锕锻件普通退火在炉中加热,保温,一
般都需要18~22h,而锻热退火,充分利甩锻
造余热,加热,保温时间仅2.5~3h.试用T一
300型电炉采用锻热退火工艺.锻热退火可
节能50以上.如果采甩专甩锻热退火设
备,其节能效果将更佳.
圉6轴承套匿镥热退火和普通退火的显徽组织
32吉林冶金
此外,锻热退火工艺还有提高生产率
5O,缩短生产周期8O%以及由于减轻锻件
的表面氧化,脱碳(仅脱碳层就由0.45ram
减至0l15mm),为减小锻件的加工余量和节
约锕材提供了条件等优点.
重要的是,轴承台架试验表明,经锻热球
化退火与经普通球化退火的锻体相比,在相
同的切削,淬火回火和磨削加工之后.轴承使
用寿命提高了1倍左右.
5轴承套圈锻鹅退火生产线的组成
根据上述试验结果,轴承套圈的锻热退
火必须实施连续作业,其专用生产线应由下
列设备组成,如图7所示.
套圈锻造成型后,温度为850~900℃,
置干滑槽(或输送带)1上,距离近用滑槽,距
离较运用输送带多台锻堵设备同时生产时,
则用多个滑槽或输送带,将钢件进到链板式
输送机2的输送带上.运送到炉前控制钢件
入炉装置3的平台上,这种装置兼有控制钢
件八炉温度和使钢件在加热炉输进带上排放
均匀的作用由于锻件在运送过程中不断降
低温度.当温度低干650℃时,平台自动倾斜
使锕件滑入加热炉中I当温度高于650℃时.
平台升起.阻止入炉在炉外集存降温为了防
止钢件在炉前积存避多,可用调节输送带的
速度(冷却时间’或在输送机盼起端用鼓风机
吹风强制冷却,来控制锻件八炉前温度,基本
上达到050~600℃.-
囤’轴承套圈翱用搬造亲热等温球化
退火生产线的设备组成示意
l一精槽或糖进带I2一健扳式精选机,3一控制锕件入炉装置
4一输进楷式加热f5一推杆式箨温护I6一连续冷却塞l
7一料隹翻转卸料茕21(.18--讵火镀件储存糖
具有65o~5o0”C温度钢件,进入输送带
式加热炉4后迅速加热.输送带的运转速度
由钢件加热时间和加热炉长度来确定钢件
快速奥氏体化后.立即出妒落入推杆式等温
炉第一料筐中,此时斟筐温度低干等温温度,
使加热后的钢料迅速降低700℃左右,待钢
件装至一定数量(一般在lO0kg左右)后,向
妒中推一个料筐宽度,其空出位置由另一空
料筐填充.由于等温保持时间定为120
I50m[n,故推籽的拍节由锻造生产速度确
定.并以此确定等温炉的长度.
当钢件完成规定的等温保持时问后.进
入无加热元}牛的冷却室6中冷却,当温度降
至6oo’c时,即可推出冷却室,冷却所需时问
约为等温保持时问的一半.即冷却室的长度
约为等温炉长度的一半
科筐推出冷却室后.进入料筐翻转卸料
装置7上,将退火后的钢件倒入退火件储存
箱8中,待装满后加盖.运往中间仓库.
6结论
1.锻热球化退火,充分利用了钢件的
锻造糸热和碳化物星小,匀,圆分布的有利因
素,取得了快速球化和明显节能的效果.
2.实现银件的豫热球化退火,必须使
用适应这种工J艺尥孝硝l生产鳍,包括主要设
备携速奥氏像_让加热炉辄簪温球化退火炉
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考文献
[1)王笑无.’金属树II}学’’机械工业出版社-1987,
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(2]C-A.Sticke,CarbideRefin~ngHeatTre~trnem
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对影响,t日本金
属学会意’?
Vo14~,1975.92S,
(4)捌云眉,’金属热赴理原理’,机批工业出版社,
1981,41
[5]荆云起.于寿,改善退火组织提高轴承使用寿命
的研究.I轴承,.(I)1984,22
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