GP240GH材質(zhì)機(jī)架熱處理工藝的改進(jìn)

姜春雷 宋宏威

(中國一重集團(tuán)有限公司，黑龍江161042)

2018年我公司GP240GH材質(zhì)機(jī)架產(chǎn)品較多，生產(chǎn)周期緊張。以往該材質(zhì)機(jī)架采用正、回火熱處理工藝形式，但存在熱處理周期長、能源消耗多的問題。在確保質(zhì)量的前提下，為保證產(chǎn)品交貨期并達(dá)到節(jié)本降耗的目的，經(jīng)模擬試驗(yàn)和實(shí)際產(chǎn)品驗(yàn)證，將產(chǎn)品的熱處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，生產(chǎn)出符合用戶要求的合格產(chǎn)品。

1 GP240GH材質(zhì)機(jī)架的基本要求

GP240GH材質(zhì)機(jī)架的化學(xué)成分如表1所示，力學(xué)性能要求如表2所示，原熱處理工藝形式如圖1所示。

表 1 化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition requirements(mass fraction, %)

表2 力學(xué)性能要求Table 2 Mechanical properties requirements

圖1 原正、回火工藝曲線Figure 1 Original normalizing and tempering process curve

2 熱處理工藝改進(jìn)

2.1 模擬試驗(yàn)

模擬試驗(yàn)用試料共4塊，尺寸均為50 mm×50 mm×150 mm，每兩塊為一組共分為兩組。第一組模擬試驗(yàn)采用910℃奧氏體化，第二組模擬試驗(yàn)采用920℃奧氏體化，兩組試驗(yàn)?zāi)康脑谟隍?yàn)證GP240GH材料進(jìn)行退火來滿足技術(shù)要求的可行性，以及確定合適的奧氏體化溫度參數(shù)。模擬熱處理工藝曲線如圖2所示。

圖2 模擬退火工藝曲線Figure 2 Simulated annealing process curve

工藝CSiMnCrNiMoVAlCu910℃退火0.180.190.410.400.660.640.280.270.350.350.160.170.0060.0050.0120.0120.060.06920℃退火0.200.190.400.370.670.650.250.230.340.320.170.150.0050.0040.0120.0140.060.05

2.2 模擬試驗(yàn)結(jié)果

如表3、4所示，試驗(yàn)結(jié)果顯示兩組試樣的屈服強(qiáng)度位于要求值下限，抗拉強(qiáng)度位于要求值下限或低于下限值；采用920℃退火的試樣在強(qiáng)度方面要稍強(qiáng)于采用910℃退火的試樣，抗拉強(qiáng)度也只是稍高于技術(shù)要求(實(shí)際生產(chǎn)很難滿足技術(shù)要求)，斷后伸長率、斷面收縮率、沖擊吸收能滿足技術(shù)要求。

表4 力學(xué)性能檢測結(jié)果Table 4 Test results of mechanical properties

2.3 模擬試驗(yàn)結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明單純的退火工藝形式不能滿足產(chǎn)品的強(qiáng)度要求，需要采取措施提高強(qiáng)度，具體措施如下：

(1)通過模擬試驗(yàn)可以看出，920℃退火后抗拉強(qiáng)度雖然稍好于910℃退火，但提高不明顯，同時(shí)沖擊吸收能損失相對(duì)較大，綜合考慮確定奧氏體化溫度仍采用910℃。

(2)控制C、Si、Mn元素含量，改善強(qiáng)度數(shù)值。

(3)提高奧氏體化后的冷卻速度，減少先共析鐵素體析出量、減小珠光體的片間距，從而提高強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)盡可能地減小產(chǎn)品的應(yīng)力，防止變形。具體方案措施：將奧氏體化后的冷卻改為兩段，第一段為鼓風(fēng)冷，完成組織轉(zhuǎn)變；第二段為爐冷，防止變形。

3 熱處理工藝改進(jìn)后的試制

選取近期生產(chǎn)的兩件機(jī)架進(jìn)行試制，為保證其性能要求，在工藝準(zhǔn)備階段對(duì)C、Mn、Ni元素按要求值中上限控制，如表5所示。

表5 化學(xué)成分內(nèi)控(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 5 Internal control chemical composition (mass fraction, %)

圖3 熱處理曲線Figure 3 Heat treatment curve

表6 力學(xué)性能檢測結(jié)果Table 6 Test results of mechanical properties

圖4 金相照片(500×)Figure 4 Metallograph (500×)

兩件機(jī)架熱處理截面厚度約600 mm，因此奧氏體化時(shí)間定為24 h。第一階段冷卻采用鼓風(fēng)冷，依據(jù)室蘭曲線，風(fēng)冷約2 h～3 h，此時(shí)工件表面冷至500～600℃，心部約為600℃，鑄件的組織轉(zhuǎn)變已經(jīng)結(jié)束。第二段冷卻采用限速爐冷，減少鑄件的應(yīng)力、防止變形。熱處理曲線如圖3所示。

兩件機(jī)架均一次熱處理合格，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足技術(shù)要求，具體檢測結(jié)果如表6所示。

利用沖擊殘樣進(jìn)行金相組織檢驗(yàn)，金相組織均為“珠光體+鐵素體”，晶粒度為6.0級(jí)，金相照片如圖4所示。

執(zhí)行改進(jìn)后的熱處理工藝，機(jī)架在后續(xù)機(jī)加工時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)變形的問題，說明第二段限速爐冷起到了減少工件應(yīng)力、防止變形的作用。

4 結(jié)束語

改進(jìn)后的熱處理工藝顯著地縮短了產(chǎn)品的熱處理生產(chǎn)周期，起到了降低能源消耗、降低生產(chǎn)成本的效果。以熱處理有效厚度為600 mm的機(jī)架生產(chǎn)周期為例，當(dāng)采用原熱處理(正、回火)工藝生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)周期約為105 h，而采用改進(jìn)后的熱處理工藝生產(chǎn)，生產(chǎn)周期降為55 h。兩者對(duì)比，工藝周期縮短了47.6%，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。目前，改進(jìn)后的熱處理工藝已廣泛應(yīng)用于GP240GH材質(zhì)機(jī)架的生產(chǎn)。