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王先生

2Cr13钢的调质处理开裂原因分析及新工艺探讨

浏览量:83 时间:2021-05-26

2Cr13钢是较常用的不锈钢, 具有较高的热强性 、抗氧化性, 良好的减震性。在弱腐蚀介质中具有较好的耐腐蚀性, 对淡水、海水 、蒸气 、空气也有足够的耐腐蚀性 。热处理后可获得较高的性能 。常用来制做 450 ℃以下工作的机械零件和常温下使用的化工及食品工业容器。例如, 传动件、固定销 、拉杆、汽轮机叶片 、阀座 、阀板、阀杆、泵件、模具等 。其中传动件、固定销 、拉杆等零件一般在调质后使用。传统的调质工艺是高温加热, 油淬, 然后回火。

 

化学成分 GB/T1221-1992耐热钢标准中 2Cr13钢的化学 、

 2Cr13钢的化学成分 (质量分数, % )

C:0.16 ~ 0.25  Si≤1.00   Mn≤1.00  P≤0.035  S≤0.030  Cr12.00 ~ 14.00

:允许含有≤0.60%Ni

 

传统调质工艺2Cr13钢临界温度:AC1 820 ℃, AC3 950 ℃, Ar 780 ℃。

 

新国家标准推荐的调质工艺为 :淬火 920~ 980 ℃油冷, 600 ~ 750 ℃回火快冷 。而老标准推荐的调质工艺为 :1000 ~ 1050 ℃油或水冷, 660~ 770℃回火, 油或水或空气冷。而一般工厂的调质工艺为 :950 ~ 1000 ℃油淬, 640 ~ 700 ℃回火空冷。

 

新、老标准所推荐的调质工艺中, 淬火温度有些差别 。生产实践表明, 1 050 ℃淬火有时有过热现象而使马氏体粗大, 回火后冲击韧度显著降低 。一般认为, 2Cr13钢淬火后在 400 ~ 600 ℃回火, 会使耐蚀性及冲击值降低 。而采用较高的温度回火, 可保证在使用温度下其组织和性能稳定, 并且也具有较高的耐蚀性 。回火后的冷却, 有人认为可采用任意速度冷却 。有人认为该钢有回火脆性倾向, 回火后宜快冷, 以抑制回火脆性的发展, 获得较高的冲击韧度。

 

GB/T1221-1992及老标准和有关厂标中规定的2Cr13钢调质后的力学性能。

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新工艺采用 25 mm的 2Cr13圆钢。工艺是 880℃保温 1.5 h水冷, 560 ℃保温 2 h回火水冷。, 冷却水是 20 ~ 40 ℃的自来水 。

 

新工艺力学性能实验结果:

 

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新工艺试验检测的力学性能结果和标准规定的 力学性能 (见表 2)相比, 抗拉强度平均提高 29%左 右, 断后伸长率平均降低 51%左右, 断面收缩率提 高 22%, 冲击吸收功提高 33%。


在传统工艺中, 淬火温度超过 1 000 ℃使组织粗大 、回火后冲击韧度显著降低的例证很多 。而且钢的亚温淬火未溶铁素体呈细小均匀分布, 对提高韧性有更好的作用, 并使磷等有害杂质集中于少量游离分散的铁素体晶粒中, 可提高钢的缺口韧性, 降低冷脆转变温度, 减少回火脆性等从强烈淬火技术角度看, 新工艺淬火由传统的油冷改为水冷, 在马氏体转变区 ( Ms※Mf)的强烈冷却可改善材料塑性, 提高材料强度。强烈淬火后的零件, 在交变载荷下的使用寿命几乎能提高一个数量级, 而且可避免钢件开裂, 减小畸变。


根据产品的使用条件,将 2Cr13钢零件调质处理的技术要求确定为 217 ~255 HB。淬火加热温度为 860 ~ 880 ℃, 水淬, 水温≤40 ℃。回火温度根据零件直径的大小在 560 ~620 ℃间选择。回火后根据工件大小选择水冷或油冷 。


传统工艺淬火温度高, 淬火后产生很高的内应力, 不及时回火, 容易引起工件开裂, 尤其是尺寸较大及形状复杂的工件 。而新工艺由于淬火温度低, 马氏体量少, 淬火后内应力较小,即便淬火后隔日回火也不会开裂, 同时工件畸变也小得多 。新工艺操作简便, 节约费用 。


参考文献 [ 1] 中国机械工程学会热处理分会.热处理手册.第四分册[ M] .北 京:机械工业出版社, 1978:166. [ 2] 雷廷权, 傅家骐.热处理工艺方法 300种 [ M] .北京:中国农业 机械出版社, 1982:32-34

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