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浅谈原材料供货状态与热处理硬度不均匀

浅谈原材料供货状态与热处理硬度不均匀

作者 张中亭


关键词:  热处理  硬度不均匀  原材料  供货状态


作者简介:张中亭(1973年——),男,工艺师

0前言

   接到某分公司热处理质量反馈,表示该分公司存在热处理质量问题。受公司总部指派,作者本人与王位女士于2014年11月进驻该分公司,进行热处理产品质量的跟踪与指导工作。
   热处理原材料为亚共析合金结构钢40Cr与27SiMn。40Cr主要用于液压支架立柱的活柱、液压支架千斤顶的活塞杆。27SiMn主要用于液压支架立柱的外缸、中缸、液压支架千斤顶的圆筒。
   两者产品设计皆为调质HB240-280。工艺目标调质硬度HB260±10。

1 40Cr与27SiMn原材料信息

   40Cr与27SiMn皆属于亚共析合金结构钢,含碳量分别为0.4%与0.27%,其原材料室温组织皆为铁素体Fe+珠光体P。40Cr轧制成圆钢,27SiMn轧制成钢管。两者的化学成份如表1所示。
表1  40Cr与27SiMn化学成份(%)
   备注1:数据来源40Cr:《GB/T 3077-1999 合金结构钢》
   备注2:数据来源27SiMn:《GB/T 17396-2009 液压支柱用热轧无缝钢管》

2 热处理质量问题

   我们到达生产现场,要求操作工正常生产一炉27SiMn钢管,但是要改变原来的回火温度。结果一炉出来,进行硬度测量,结果非常糟糕:有的合格,有的硬度非常低,且硬度差异甚大。这是典型的热处理硬度不均匀。
   原材料成分偏析?装炉不均匀?加热温度低?保温时间短?这些可能的潜在原因被一一排除。再看现场其它等待热处理的钢管,外表一模一样。是什么原因呢?
   王位女士表示:“测量毛坯硬度。”于是检查员对毛坯磨光磨平进行硬度检测,发现:有的毛坯硬度HB146,有的毛坯硬度HB186。这是什么情况?为何外表一模一样的毛坯硬度差距如此之大?再要求检查员加大毛坯硬度测量样本数量。发现:确实毛坯硬度分布在HB146和HB186两个硬度区间附近,且很稳定。同样的原材料毛坯硬度不同?为何?
   首先怀疑料假。于是电话喊来采购部门负责人。采购部门负责人电话询问供应商。供应商也表示不解,但是能保证钢管为大型正规公司合格产品。后来我们认为:是因为原材料不同的供货状态导致了毛坯具有不同的硬度。退火态供货的毛坯软,硬度分布在HB146附近。正火态供货的毛坯硬,硬度分布在HB186附近。
  
图123  原材料毛坯磨平磨光与喷码图

3 热处理全过程跟踪

   于是,我们对热处理全过程进行了跟踪。每个环节都测量硬度值:毛坯阶段;淬火阶段;回火阶段。发现:
   第1:原材料不同的供货状态具有不同的硬度值。且差异甚大。如果不对这些不同供货状态的毛坯进行区别,会产生严重的热处理硬度不均匀的问题。
   第2:热处理存在误差复映现象。毛坯软淬火后硬度也软,毛坯硬淬火后硬度也硬,存在误差复映现象。且符合数学关系式:淬火硬度HB=2.5*毛坯硬度HB。热处理误差复映现象存在于截然不同的供货状态造成的毛坯硬度截然不同的原材料之间。同种材料同种状态之间的微小硬度差异误差复映现象不明显。
   第3:混料热处理会造成硬度不均匀。混料不是指40Cr与27SiMn截然不同材质之间的混合,而是指同为27SiMn却是不同供货状态有着不同毛坯硬度之间的混料。

4 热处理工艺流程

   为此,我们重新设计了热处理工艺流程如下:


       备注:预测淬火硬度的目的在于跟踪淬火是否出现异常。


      并且要求对热处理流程的各个环节进行记录,设计专用表格。

图4  等待热处理的钢管  

图5  27SiMn调质 400×金相显微组织  

图6  喷丸区

图5:27SiMn调质 400×金相显微组织:
超细弥散铁素体+清一色回火索氏体+粒状碳化物。

27SiMn钢管调质HB260±10金属切屑颜色:5%紫色+95%深蓝色



5 总结

   第1:对热处理全过程进行跟踪是保证热处理质量的手段之一。
   第2:原材料不同的供货状态有不同的硬度值。
   第3:混料热处理会产生严重的热处理硬度不均匀。
   第4:不同的毛坯硬度会产生不同的淬火硬度,存在误差复映现象。
   第5:若获得同一硬度,要根据不同的淬火硬度及时调整回火温度。

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