基本信息
當(dāng)鑄件中氫的含量達(dá)到一定值時,其機(jī)械性能會嚴(yán)重降低,甚至產(chǎn)生氫脆,造成鑄件報(bào)廢。
從鑄件中的氫來源分析,鋼中氫的來源可分為“內(nèi)含的”和“外來的”兩種,前者是指鋼件在冶煉過程中及隨后的加工制造過程中吸收的氫;后者則是鋼件在服役環(huán)境介質(zhì)中含有的氫。由于生產(chǎn)出來的鑄件沒有進(jìn)行過加工制造,也不存在服役環(huán)境介質(zhì)問題,所以鋼件中氫的來源,只可能由冶煉過程中產(chǎn)生。根據(jù)這種情況制定針對不同材質(zhì)的去氫熱處理工藝。
工藝原理
去氫熱處理工藝原理為:
(1)由于氫是以原子或分子狀態(tài)分布在鋼中,只有采用分子熱運(yùn)動學(xué)理論,制定合理升溫、保溫和冷卻方式,方能使鋼中氫向鋼件表面擴(kuò)散,達(dá)到去氫目的。
(2)由于含鉻13%以上的不銹鋼和鐵素體鋼在升溫到475℃時,伴隨有鋼的強(qiáng)度升高現(xiàn)象,造成鋼件變脆,因此選擇去氫溫度最好高于475℃[1]。
處理工藝
目前鑄造分廠采用的去氫熱處理工藝有兩種,主要針對材質(zhì)為ZG230-450軸瓦鑄件去氫,另外不銹鋼熱處理工藝也有很好的去氫效果,也作為本次對比研究的項(xiàng)目。
(1)制備去氫所需要的本體試樣每爐12件,分3個爐號共36件;
(2)制備不銹鋼梅花試樣每爐2件,分7個爐號共14件;
(3)用測氫儀對碳鋼不同狀態(tài)下的同一爐試樣做殘余氫含量對比分析,同時做機(jī)械性能對比及金相組織對比分析;
(4)對不銹鋼同一爐梅花試樣只做鑄態(tài)和熱處理后兩狀態(tài)下殘余氫含量對比分析。
去氫工藝對比
兩種去氫工藝都能達(dá)到去氫的目的,去氫效果630℃工藝優(yōu)于930℃工藝。去氫后鋼件金相組織對比的結(jié)果是630℃工藝優(yōu)于930℃工藝。去氫后鑄件的機(jī)械性能對比是,630℃工藝與930℃工藝相比,前者使鑄件的強(qiáng)度值和沖擊韌性值得以提高,而其他機(jī)械性能指標(biāo)兩工藝沒有明顯區(qū)別。630℃去氫工藝比930℃工藝單爐節(jié)約占爐時間74h,單爐燃料費(fèi)節(jié)約5777.55元,單爐節(jié)約天燃?xì)?348.96m3。經(jīng)熱處理后,鋼中殘余氫有明顯變化,去氫效果佳[1]。
最佳去氫溫度
(1)從去氫效果對比可知,630℃去氫工藝比930℃去氫工藝好。其原因是,930℃去氫時由于采用爐冷,造成冷卻速度太慢,鑄件產(chǎn)生再次吸氫過程較長,從而使去氫效果變差;而630℃去氫時,采用空冷,冷卻速度快,鑄件產(chǎn)生再次吸氫過程較短,去氫效果好。
(2)從金相組織對比結(jié)果分析,630℃去氫后,鋼中組織比930℃去氫后鋼中組織優(yōu)。原因是930℃去氫時,保溫溫度為930℃,此時鋼中組織為奧氏體,經(jīng)爐冷后,組織變成鐵素體+珠光體,其中珠光體析出時存在枝晶偏析或網(wǎng)狀分布現(xiàn)象,使最終組織變差;而630℃去氫時,保溫溫度為630℃,此時鋼中組織與常溫下鋼中組織相比沒有變化,都是鐵素體+珠光體,因此不存在組織間轉(zhuǎn)化問題。另外,經(jīng)630℃去氫處理后,鋼中組織更加細(xì)化,分布均勻。
(3)從機(jī)械性能對比結(jié)果分析,630℃去氫后的鑄件與930℃去氫后的鑄件相比,其機(jī)械性能的強(qiáng)度值和沖擊韌性值都有很大提高,而其他性能沒有明顯區(qū)別,原因是630℃去氫后的鋼中組織比930℃去氫后的鋼中組織好。
(4)從經(jīng)濟(jì)效益對比結(jié)果可知,630℃去氫工藝與930℃去氫工藝相比,既節(jié)約占爐時間又節(jié)約燃料費(fèi)用。原因是930℃去氫工藝保溫溫度比630℃去氫工藝高300℃;冷卻方式930℃去氫工藝為隨爐冷卻,冷卻時間比630℃空冷長一倍多;另外,930℃去氫工藝全部工藝過程為兩次,造成占爐總時間比630℃去氫工藝多兩倍多。
(5)從不銹鋼鑄態(tài)和熱處理后鑄件殘余氫對比結(jié)果可知,目前針對不銹鋼鑄件所采用的熱處理工藝,有很強(qiáng)的去氫效果。
原因是該熱處理工藝在對鑄件進(jìn)行熱處理前,首先采用保溫?zé)岣蠲翱诠に囘M(jìn)行預(yù)熱處理,其保溫溫度為630℃,保溫時間7~8h,空冷。另外,在進(jìn)行熱處理時,還采用兩次600℃回火去應(yīng)力的工藝方式,因此鑄件經(jīng)全部熱處理后,鋼中殘余氫都降到1PPM以內(nèi),去氫效果明顯[2]。
總結(jié)
無論不銹鋼和碳鋼,只要升溫到630℃都能夠取得最佳去氫效果。另外,鑄造分廠通過兩種去氫工藝方案的對比研究,淘汰了930℃去氫工藝,軸瓦全部采用630℃去氫工藝[3]。
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