关于大型工件的热处理

浩然天地

关于大型锻件的热处理，松涛阵阵做出以下回复：
大型工件的热处理特点：
1、大型工件多用大吨位钢锭锻制，工件的尺寸大，内部缺陷多，截面上温度分布不均匀，金属的结晶相变复杂，工件内部热扩散及有害氢的扩散困难，所以，锻件的锻后冷却和锻后热处理方式多，周期长，工艺过程复杂；
2、大型工件的技术要求严格，锻后冷却和锻后热处理不仅要细化晶粒、均匀组织、消除应力、扩氢预防白点和裂纹，还要得到必要的组织和性能，满足超声波探伤、机械加工和使用的特殊要求；
3、工件越大，截面尺寸也越大，零件金属的冶金缺陷也越多，钢的宏观组织和微观组织越不均匀。随着钢锭质量及其合金化程度的增加，产生疏松、缩孔、夹杂、偏析、气泡、白点、层状断口、石状断口及其他缺陷的倾向也随之上升，虽然经过多次锻造变形，但仍然存在组织的不均匀性、表面与中心、冒口与水口（底部）的化学成分仍存在很大差别；
4、由于大型工件制造工艺复杂，由炼钢、铸锭、加热、锻造、锻后热处理、粗加工、超声波探伤、性能热处理、理化检测、半精加工、去应力、精加工等。由于热加工时的加热和冷却过程中金属温度和组织的变化，工件表面和心部并不同时性及相变时组织比容的变化，势必引发工件的内应力。且随着工件截面的增大，残余内用力也逐渐增大。金属在500-550℃以下处于弹性状态，当温度大于550℃时，已由弹性状态过渡到塑性状态，所以工件在小于550℃时，工件中的内应力就很危险，具有破坏作用，应该加以预防。如大型工件热处理时的低温装炉、限速缓慢升温，400℃、650℃低温保温等措施，都是为了工件在低温阶段弹性（脆性）状态加热时，减少产生内应力。当加热温度大于650℃时，金属处于塑性状态，工件产生的温差应力，会被金属产生的塑性变形所松弛，所以很少限制加热速度；
5、大型工件在热处理加热和冷却过程中，沿截面的温度分布是不一样的，将产生温度差，金属的相变也将出现差异，并且这种温差和相变的差异性，随工件截面尺寸的增大而增大；
6、大型工件用钢受淬透性的影响和工件尺寸效应的影响，截面上的硬度分布和力学性能是不均匀的，由表面向心部逐渐变低，变差。所以，在大型工件技术条件中要求的力学性能指标数值的同时，必须明确试样的取样部位和试样方向。否则，近表面和心部的性能相差太大；
7、大型工件的热处理周期长，能源消耗高，热处理成本大。

所以因为

Adam 发表于 2014-12-18 15:07
我也经历过忽大忽小的零件
我在中国航天科技集团某工厂时，零件多数有效直径6-10mm，还有不少1.5mm的
在某 ...

您可能看错49楼的回复了，我不是说零件规格的大小，是说吊装环材料的直径有大小。
您说的零件多数有效直径6-10mm，还有不少1.5mm的产品，其实我过去做的也很多，比较考验人的，主要是变形问题的控制。

情迷淡酒

所以因为 发表于 2014-12-18 13:39
长轴，材料40CrV  ，规格直径90mm，长度2900mm，技术要求：277--311HB，热处理工艺：淬火870℃×110min， ...

开裂的原因进行了分析吗？有结果吗？

随风飘飘

对于调质件与焊接材料的关系！在哪里能查到这方面的资料！主要担心焊接处热处理后裂开！我这的工装，焊接后，调质处理，大部分都开裂！现大部分工装不利于焊接热处理的，都设计成组合工装了！
请大家指教！

mayday

我们做比较大一点工件是风电上用的主轴，15T左右的样子。大件淬火一般有预冷要求，尤其是端部直径细小位置。另外选好淬火介质后，控制液冷和空冷回温的配合，既要保证足够的冷却速度淬硬，同时又要防止端部边缘部分由于过冷而产生开裂。只做表面硬度其实相对比较简单一点，难的是较粗的直径又要做机械性能。 有时对于42CrMo这种淬透性较好的材料，我们采用淬盐水，合理控制液冷、空冷时间，取的比较好的效果。

所以因为

浩然天地 发表于 2014-12-18 15:40
关于大型锻件的热处理，松涛阵阵做出以下回复：
大型工件的热处理特点：
1、大型工件多用大吨位钢锭锻制， ...

关于大型工件热处理的回复很有见解，我再补充一小点：
对于一些高合金的大型工件，还需要在250~350℃（蓝脆区域）进行低温均热，以减少蓝脆区域中的热应力。

所以因为

骑驴者何人 发表于 2014-12-18 15:55
沈工：这根开裂的是什么原因？本身机加工缺陷还是材料问题？一样的工艺啊，其它几根好好的? ...

这5根状态全部一样的，就一根开裂，是奇怪。你说说看法。

所以因为

情迷淡酒 发表于 2014-12-18 15:56
开裂的原因进行了分析吗？有结果吗？

曾经发帖讨论过，基本没有结果。
要说是热处理的问题，我不承认的
http://www.rclhome.net/forum.php ... tid=5568&extra=

所以因为

骑驴者何人 发表于 2014-12-18 16:25
沈工可有这方面案例？

我原来做小件热处理的，这方面没有什么经验，我那个所谓的大件还不能算真正的大件呢。上面所说的只是书本上的知识。

mayday

骑驴者何人 发表于 2014-12-18 16:27
坛友你好：液冷、空冷时间你们是怎么设计的？

这个具体要根据你的工件的尺寸来定。一般第一次液冷时间较长一点，以保证出液边缘温度在200左右，再空冷回温使热集部位回温不超过550℃，边缘温度不超过350℃，再次下水液冷，同样按照上面温度控制时间，一般三次液冷三次空冷也就够了。如果没有这方面的经验，还是要积累数据或者做工艺试验，当然是保证不淬裂的情况下。  个人意见，仅供参考。

所以因为

随风飘飘 发表于 2014-12-18 15:59
对于调质件与焊接材料的关系！在哪里能查到这方面的资料！主要担心焊接处热处理后裂开！我这的工装，焊接后 ...

调质件有那些材料？

随风飘飘

所以因为 发表于 2014-12-18 16:41
调质件有那些材料？

35#、45#、40Cr、35Crmo、42Crmo、50CrVA基本上现在生产就这几种？

所以因为

骑驴者何人 发表于 2014-12-18 16:38
工艺上没问题
操作上在一起的应该也没问题
看裂纹为纵向裂纹，应该是心部组织应力（拉应力）较大。其它几 ...

从纵向裂纹看，应该是淬火裂纹，有部分同志也是这样认为的。
但我觉得奇怪，为什么其它几根没问题？原材料有缺陷或者机加工时有损伤都是有可能的。只有设备温度的均匀性是有可能引起的因素，问题是此设备之前和之后都没有进行这方面的调整，但这个现象没有再出现过，难道只是那一次设备温度不均匀，局部超温？

浩然天地

所以因为 发表于 2014-12-18 13:39
长轴，材料40CrV  ，规格直径90mm，长度2900mm，技术要求：277--311HB，热处理工艺：淬火870℃×110min， ...

松涛阵阵根据沈总提供的信息，做以下回复：
                                 关于40CrV钢φ90×2900（mm）长轴调质处理后发现裂纹分析
1）情况调查：
          根据网上资料可知：40CrV钢长轴五件，尺寸为φ90×2900（mm），要求调质处理，表面硬度达到277-311HB，工件一端焊接吊环，垂直挂在吊具上，于井式炉中悬挂加热，淬火温度为870℃，保温时间为110min，出炉后吊入PAG淬火液垂直冷却（冷却时间、终冷温度不详），淬后于620℃回火180min，淬火至回火装炉的时间间隔不详，热处理后发现其中一根在吊头端端头至轴身上有一条纵向裂纹，长约500~600mm，最大宽度0.8mm，裂纹平直，裂纹源于端头棱角处。
2）裂纹成因：
    （1）工件在粗加工后，加工人员、加工检验人员，热处理人员没有发现工件表面缺陷，不知是否进行了超声波探伤检查，如果发现裂纹，绝不可能再装炉进行热处理，说明裂纹在热处理之前并不存在；
     （2）调质处理后发现一件存在纵向裂纹，说明工件上的裂纹是在热处理工艺实施过程中产生；
     （3）在相同工艺条件下，只有一件并且在上部吊头端产生裂纹？假设五件长轴是同熔炼炉次，并且是均质的，按照热处理冷却，应该是下部（非吊头端）端先入淬火液后出淬火液，冷却时间最长，应力最大，应该是产生裂纹的危险部位。但这一端并没有裂，而是在冷却时间短的吊头端裂，这充分说明这一根长轴的这一端局部区域存在缺陷（材料的薄弱区域），裂纹起源在棱角处（端面和外圆同时冷却，且冷却充分）淬透区域范围内。由于工件为细长轴类工件，长度方向的热加工变形量相当大，金属的流线、杂质、夹杂物沿工件的纵向分布，使横向或切向的性能降低，产生了各向异性，有可能产生带状组织，在淬火应力的作用下，就有可能被拉开生成纵向裂纹。
3）防裂措施
     （1）淬火件在淬火前必须进行表面质量检查，清除表面缺陷，并圆滑过渡，防止应力集中；工件的端面棱角必须倒角，截面尖角过渡必须加工成圆弧过渡，防止应力集中；
     （2）大型工件在淬火前需进行超声波探伤检查，内部有缺陷的工件，必须采取保守工艺和防止缺陷扩大的有效措施；
     （3）大型工件淬火冷却应充分考虑工件中的冶金缺陷及其影响，采取相应的防止措施，例如预冷淬火、降温淬火、控冷淬火、断续冷却淬火、控制终冷温度、淬火后及时回火，控制升温速度等；
4）对于大型工件容易产生裂纹的部位，采取适当的防护措施。

所以因为

随风飘飘 发表于 2014-12-18 16:49
35#、45#、40Cr、35Crmo、42Crmo、50CrVA基本上现在生产就这几种？

可用焊条牌号：J507。

随风飘飘

所以因为 发表于 2014-12-19 14:38
可用焊条牌号：J507。

看来要学习了解一些焊接方面的资料！

浩然天地

松涛阵阵对大型工件热处理的加热规范，做以下回复：
                                                    大型工件热处理加热规范的确定原则（供参考）
1、根据大型工件有效尺寸大小原则，工件的有效尺寸越大，热处理加热装炉时的装炉温度越低，升温加热速度越小，且在一定的加热阶段进行保温，减少工件截面上的温差。所以在热处理规范中规定（有效截面）：≤100、101-250、251-400、401-600、601-800、801-1000（mm）分档阶梯，对不同档次做出装炉温度、升温速度的规定；
2、大型工件用钢的分类原则，按照钢中含碳量及合金元素多少，导热系数、裂纹敏感性来分类。对于钢中含碳量低、合金元素含量少、传热性好、不易裂的钢种列为Ⅰ类。这类钢制零件一般可以高温装炉，快速加热，不必限速升温；相反，对于钢中含碳量高，合金元素多，钢的导热性差，具有裂纹敏感性的钢种列为Ⅳ类。这类钢制零件必须低温装炉，在钢的弹性变形温度区应限速缓慢升温，根据工件截面有效尺寸，在低温阶段适当增加保温时间，减少截面温差；
3、淬火（或正火）加热温度的确定原则，为使大型工件负偏析区在加热时达到淬火温度，应取钢的淬火温度上限值，即大型工件淬火温度一般高于小型工件淬火温度10-20℃。对于碳偏析较严重的锻件，也可根据实际的化学成分，采取不同的加热温度；
4、对于高碳、高合金钢大型工件加热时，为避免过大热应力应限制装炉温度，一般采用低温装炉，限速升温，阶梯式加热或分段式加热的方式；
5、大型工件在阶梯式加热方式中出现两次最大温差，第一次出现在工件心部在350℃左右时，第二次最大温差出现在700℃左右。大型工件在加热中出现第一个最大温差时，钢处在脆性状态，具有开裂危险性，所以在400℃等温一定时间，是工件表面与心部温度接近后，再继续加热减小第一个最大温差；
6、大型工件在低温阶段（≤650℃）的加热速度，一般定为30℃/h~70℃/h；
7、大型工件在热处理加热时，为了细化奥氏体晶粒，增加过热度和形核率，在钢的临界温度范围可以按炉子功率快速加热；
8、大型工件在淬火（或正火）温度下的保温时间，按工件有效截面尺寸及钢中合金元素含量来确定；
9、大型工件淬火或正火冷却时，考虑到截面上组织转变的不同时性的特点，在工件回火时，往往在低温阶段（Ms点附近）增加保温段，以期工件心部温度降低进行组织转变，而工件表面升温回火，消除淬火应力；
10、大型工件淬火后装炉回火加热升温，更具有危险性。此时，钢处在弹性拉应力状态和淬火残余应力因素叠加，所以加热速度较一般淬火加热速度低些；
11、大型工件回火温度的确定，根据工件对性能、组织、生产经验及工件的具体情况而定。

Adam

浩然天地 发表于 2014-12-19 15:29
松涛阵阵对大型工件热处理的加热规范，做以下回复：
                                                    ...

一般的调质类零件，
400mm一下的也可以不用等温

cnszgong

所以因为 发表于 2014-12-19 14:38
可用焊条牌号：J507。

对于大型零件中碳钢直接焊接吊装用吊环，而大型合金钢材料需焊接吊环的可以考虑对零件进行预热，热（焊接）吊环。也可考虑在有充分加工余量的前提下，在轴的（一头）端部加工凹槽，使用两个半环（抱箍）嵌入凹槽部位做为起吊用工装。

浩然天地

松涛阵阵根据大家关于吊装问题的讨论，提出以下回复：
1、工件重量小于1000kg的零星少量细长工件，可以采用低碳圆钢焊接吊环，但对含碳量高，合金元素多的焊接性能差的工件，或重量大于1000kg的工件，建议慎用。
2、对于重量小于1000kg的批量生产的轴类工件或重量大于1000kg的轴类工件，最好设计专用星盘类吊具，工件采用穿孔式吊具，用低碳钢销轴装夹。一般星盘吊具有2位、3位、4位、6位、8位、12位等，具有通用性；
3、对重量大的在井式炉中单件加热生产的轴类工件，如果工件上打吊装孔后，能够承载工件高温加热时自身重量，则可用销轴类吊装方式；如果中间粗，两头细的工件，在端头打吊装孔后，不能在高温承载自身重量时，则不能用销孔类吊装方式，而应改为夹环类吊装方式；
4、大型工件在井式炉中加热进行热处理时，需要在工件的一端设计吊装夹头，如有力学性能要求时，还应留足理化测试试样；
5、井式热处理炉用吊具，除设计时高温安全系数选择准确合理外，其制造质量也应严格检查和控制，吊具中的缩孔、裂纹、白点、大块夹渣等这些影响高温强度的缺陷决不允许存在，否则会发生灾难性事故。

所以因为

cnszgong 发表于 2014-12-19 17:10
对于大型零件中碳钢直接焊接吊装用吊环，而大型合金钢材料需焊接吊环的可以考虑对零件进行预热，热（焊接 ...

这样的吊装方式我曾经在原外协热处理厂家看到过，适用于真正的大件工件。

追寻

想看看贵司的校直设备

所以因为

所以因为

大型工件合理的冷却规范是在不产生过大的内应力，，避免原有缺陷扩大及不产生开裂现象的条件下得到尽量深的淬硬层，使整个截面得到高度弥散均匀的转变产物，即获得均匀的力学性能。

小袁

所以因为 发表于 2014-12-17 12:45
水槽：3000×3500×4500。
在高温季节，你认为这一炉产品下去，水温在什么范围？ 这个是关键的问题 ...

看起来没那么大 啊，沈工是不是用了障眼法啊？
槽子内壁尺寸真有3*3.5*4.5吗？

所以因为

小袁 发表于 2014-12-22 10:15
看起来没那么大 啊，沈工是不是用了障眼法啊？
槽子内壁尺寸真有3*3.5*4.5吗？ ...

应该主要是照片角度的关系，另外这个尺寸是计算至槽子外壁的。
冷却槽是否能达到希望的效果，除了相应的体积，搅拌和循环系统也是占主导因素的。

小袁

所以因为 发表于 2014-12-22 11:01
应该主要是照片角度的关系，另外这个尺寸是计算至槽子外壁的。
冷却槽是否能达到希望的效果，除了相 ...

{:soso_e113:}以前我们八米深的槽子，没有搅拌，经常一头硬一头软。

所以因为

小袁 发表于 2014-12-22 11:09
以前我们八米深的槽子，没有搅拌，经常一头硬一头软。

水不在深，有龙则灵！

湘寒月/yl

有点水平

追寻

所以因为 发表于 2014-12-22 09:05

谢谢 开眼了

所以因为

高合金钢大型工件的冷却速度要保证使心部奥氏体过冷到能抑制珠光体和大量上贝氏体的出现，在冷却介质中的冷却时间应该使工件心部温度低于珠光体和上贝氏体的析出温度，此温度在200~350℃范围，使心部充分转变为下贝氏体组织，一般可采用贝氏体等温淬火。

所以因为

中合金钢大型工件的心部一般可以冷却至300~400℃，对于碳钢和低合金钢的大型工件要得到下贝氏体也是比较困难的，为了不影响工件的性能，应该使心部奥氏体过冷到防止出现粗大珠光体和铁素体组织的温度。一般低合金钢心部冷至450℃左右，碳钢冷至550℃左右。