浙江萬能達爐業有限公司

ZHEJIANG WANNENGDA FURNACE INDUSTRY CO.,LTD

高錳鋼熱處理工藝與裂紋的防治

發表時間：2023-06-05 12:48
一、高錳鋼鑄件如何防止裂紋的產生？
     針對生產高錳鋼鑄件的各個主要環節，應該從以下幾個方面采取措施預防裂紋的產生。
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1、鑄件的結構設計
      鑄件的壁厚相差太大、壁厚過渡不當、鑄件圓角過渡太小等結構問題均容易產生裂紋。因此，鑄件設計應密切與鑄造工藝相結合，盡量避免鑄件設計不合理。例如可以將“+”字斷面改為“T”形斷面等。

2、鑄造工藝設計(包括各種工藝因素及澆注系統)
     在鑄造工藝各因素中最重要的是鑄型的退讓性，其次是砂箱設計不合理。例如箱筋阻礙收縮可以產生裂紋，因此，箱筋距鑄件及冒口要有一定的距離。   
     澆注系統設計不當，分散導人的多條內澆道往往因阻礙鑄件收縮，而在與內澆道聯結處開裂。應該特別指出，在鑄件內澆道導入處，局部溫度高而最后凝固，由于得不到足夠的補縮，收縮應力使鑄件開裂，所以一般在內澆道處要設置冒口補縮。

3、高錳鋼鑄件的冒口及冷鐵設置   
     高錳鋼鑄件的冒口設置以不用普通頂冒口為原則，因為用乙炔焰切割冒口時容易造成裂紋。所以最好采用側冒口及易割冒口，冒口一般用錘打掉。鑄件設置冒口對熱節進行補縮，使鑄件不產生縮孔及縮松，是防止內裂的有效措施，但冒口設置又產生了接觸熱節，其它工藝措施要與其配合得當。如合理地使用冷鐵，就可做到既防止內裂又不會產生外裂。   
      冷鐵可以調節鑄件各部分凝固速度，可以使鑄件的缺陷發生位置遷移，同冒口配合可以擴大冒口的補縮范圍。但是冷鐵使用不當，例如使用彎曲變形的冷鐵時往往會在不適當的冷鐵長度范圍內因鑄件凝固速度不均衡而造成裂紋。冷鐵之間間隔大也可造成裂紋，高錳鋼鑄件對此很敏感，所以工藝設計時應特別注意。

4、化學成分及熔煉工藝  
      在高錳鋼中，碳和磷對裂紋的產生影響最大。含碳量越高，鑄件越容易產生裂紋。  
      鋼液的還原精煉對高錳鋼鑄件裂紋的影響也要引起重視。在高錳鋼的冶煉過程中應嚴格控制爐渣中FeO+MnO之和不大于1.2%，因為隨著渣中FeO+MnO之和的提高，鋼液中FeO+MnO也必升高，凝固后在晶界上析出，會使鋼變脆。
      控制澆注溫度及開箱溫度也是防止高錳鋼鑄件產生裂紋的有效措施。隨著澆注溫度的升高，鑄件收縮應力增大，更重要的是晶粒粗大，柱狀晶嚴重，大大削弱了鋼的強度。另外，高錳鋼鑄件不應在紅熱時打箱，把鑄件暴露在空氣中驟冷，而應在鑄型中緩慢冷卻，對復雜的鑄件應當在溫度降低至200℃左右才宜打箱。

5、熱處理工藝
     裝爐時爐溫與鑄件的溫差是否合適是裂紋產生的一個重要因素。鑄件入爐后要均溫1~1. 5 h后再升溫，以使鑄件緩慢升溫，低溫階段(650℃以下)升溫速度是產生裂紋的關鍵。一般較復雜鑄件的升溫速度不應超過50 ℃/h，否則鑄件易開裂。

二、高錳鋼的熱處理如何進行？

耐磨高錳鋼鑄件的固溶熱處理目的：
      消除鑄態組織中晶內和晶界上的碳化物,得到單相奧氏體組織,提高高錳鋼的強度和韌度,擴大其應用范圍。要消除其鑄態組織的碳化物,須將鋼加熱至1040℃以上,并保溫適當時間,使其碳化物完全固溶于單相奧氏體中,隨后快速冷卻得到奧氏體固溶體組織。這種固溶熱處理又稱為水韌處理。
     水韌處理耐磨高錳鋼的鑄態組織中有大量析出的碳化物,因而其韌度較低,使用中易斷裂。

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水韌處理的溫度:


      水韌溫度取決于高錳鋼成分,通常為1050~1100℃含碳量高或者合金含量高的高錳鋼應取水韌溫度的上限,如ZGMn13鋼和GXl20Mn17鋼。但過高的水韌溫度會導致鑄件表面嚴重脫碳,并促使高錳鋼的晶粒迅速長大,影響高錳鋼的使用性能。

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加熱速率:


       高錳鋼比一般碳鋼的導熱性差,高錳鋼鑄件在加熱時應力較大而易開裂,因此其加熱速率應根據鑄件的壁厚和形狀而定。一般薄壁簡單鑄件可采用較快速率加熱;厚壁鑄件則宜緩慢加熱。為減少鑄件在加熱過程中變形或開裂,生產上常采用預先在650℃左右保溫,使厚壁鑄件內外溫差減小,爐內溫度均勻,之后再快速升到水韌溫度的處理工藝。

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保溫時間:


       保溫時間主要取決于鑄件壁厚,以確保鑄態組織中的碳化物完全溶解和奧氏體的均勻化。通常保溫時間可按鑄件壁厚25mm保溫lh計算。

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冷卻:


       冷卻過程對鑄件的性能指標及組織狀態有很大的影響。
       水韌處理時鑄件入水前的溫度在950℃必上,以免碳化物重新析出。
      高錳鋼水韌處理多用臺車式熱處理爐。鑄件入水常用自動傾翻或吊籃吊淬方式。前者對大件及形狀復雜的薄壁件易引起變形,淬火后鑄件從水池中取出也較為困難;后者淬火后取出鑄件方便,但吊籃消耗大。

耐磨高錳鋼鑄件的鑄態余熱熱處理：
      為縮短熱處理周期,可利用鑄態余熱進行高錳鋼水韌處理。其工藝為:鑄件于1100~1180℃時自鑄型中取出,經除芯清砂后,鑄件溫度允許冷卻到900~1000℃,然后裝入加熱到l050—1080℃的爐內保溫3~5h后水冷。該處理工藝簡化了熱處理工藝,但生產操作上有一定難度。

耐磨高錳鋼鑄件的沉淀強化熱處理：

     耐磨高錳鋼沉淀強化熱處理的目的,是在加入適量碳化物形成元素(如鉬、鎢、釩、鈦、鈮和鉻)的基礎上,通過熱處理方法在高錳鋼中得到一定數量和大小的彌散分布的碳化物第二相質點,強化奧氏體基體,提高高錳鋼的抗磨性能。這種熱處理方式花費較高,工藝也較為復雜。







引自：熱處理生態圈