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可鍛鑄鐵高頻感應熱處理及金相組織分析

2019-01-03 2330

  高頻感應熱處理工藝因具有加熱速度快,生產率高、節省能源、易于機械化和自動化等點,在汽車零部件生產等方面得到了廣泛的應用。汽車高頻感應熱處理零件常選用優質碳素結構鋼(如35鋼、40鋼等)、合金結構鋼(如35CR鋼等)和鑄鋼(如ZG35和ZG45等)等。而某外號轎車變速器零件———A型齒輪材料為QS11MS55,是珠光體型可鍛鑄鐵,要求對其進行高頻感應熱處理,這是個比較新的課題。
  2高頻感應淬火對材料的要求
  根據德歐寶公司的《工程材料規范》規定,QS11MS55(內號KTZ550204)淬火前的組織應為層狀珠光體或粒狀FE3C和呈均勻分布的石墨,允許存在少量鐵素體,無游離滲碳體;并規定用于感應淬火的零件其珠光體應呈粒狀結構,鐵素體每單位面積含量為20%。

  用于高頻感應淬火的鑄鐵件要求為珠光體型可鍛鑄鐵,這是因為淬火后容易得到馬氏體。若是鐵素體為主的可鍛鑄鐵,則在高頻瞬時加熱中,鐵素體來不及轉變為奧氏體,碳也來不及在奧氏體中充分擴散,因此在淬火得到馬氏體的同時,組織中還存在鐵素體,影響了鑄件的硬度和耐磨性。、

熱處理

  3高頻感應淬火試驗
  A型齒輪及尺寸見圖1。外齒輪高頻淬火表面硬度要求為46~56HRC;硬化層深度要求≥110MM,硬化性曲線應基本符合要求。
  3.1零件原材料的調質處理
  試驗用進口零件材料為兩種組織形態,種是符合歐寶公司要求的珠光體型可鍛鑄鐵,其原始組織為粒狀珠光體+呈較細團絮狀且均勻分布的石墨,無游離滲碳體(圖2)。另種為鑄造后調質狀態,原始組織為回火索氏體+呈較細團絮狀且均勻分布的石墨,基體硬度為22~24HRC(圖3)。兩種材料均符合高頻感應淬火工藝對其組織的要求。
  在生產中未經調質的可鍛鑄鐵的原始組織為珠光體+鐵素體(珠光體含量為50%~80%),經過高頻瞬時加熱后容易造成有硬化層深度分布不均勻,導致表面硬度值高低不均,若要達到高硬度,采取提高淬火溫度往往會使鑄件產生裂紋。因此,要求對鑄件毛坯進行調質處理,得到均勻的回火索氏體,再經高頻感應淬火后便能得到均勻的馬氏體組織和均勻的表面硬度及硬化層深度。
  3.2高頻感應淬火工藝
  與鋼相比,要達到同樣的硬化層深度,可鍛鑄鐵感應加熱時間要長些,以使珠光體型可鍛鑄鐵中存在的少量鐵素體充分溶解。若材料的硬度高低不均則加熱速度不能太快,否則會使鐵素體向奧氏體轉變點顯著提高,造成部分鐵素體因未能轉變成奧氏體而殘留在淬火層組織中,使淬火后表面硬度下降。冷卻時為避免產生裂紋,般不直接冷卻到室溫,而冷卻到定溫度(150℃)后即噴水溶性介質。經表面淬火后的零件應及時回火。
  由于可鍛鑄鐵導熱性比鋼差得多,因此選擇合適的頻率就顯得尤其重要。對于A型齒輪,其齒數為12,模數為8.4118,齒高為5MM,較般漸開線齒輪的齒高低得多,在齒加熱時,其輪齒對齒溝的屏蔽作用就相對小許多,因此可以選用比普通漸開線齒輪齒加熱頻率稍高些的頻率。經工藝試驗,采用90KHZ的超音頻電源,加熱果良好,完達到了技術要求。
  原材料為調質態零件經高頻感應淬火后的實物見圖4,高頻淬火組織為均勻的淬火馬氏體+團絮狀石墨。
  4結論
  (1)用于高頻感應熱處理的可鍛鑄件要求原始組織為珠光體基體。
  (2)根據對進口零件材料分析的結果及生產經驗,對可鍛鑄鐵零件,先對毛坯件進行調質處理,然后進行機加工,再進行高頻淬火,其工藝路線為鑄造→調質→機加工→高頻淬火,得到的硬化層深度均勻,且不易出現淬火裂紋。
  (3)珠光體型可鍛鑄件的加熱時間不宜過短,加熱速度不宜過快,以使鐵素體充分溶解。為避免產生裂紋,般不冷卻到室溫,而冷卻到定溫度(150℃)后即噴水溶性介質,淬火后應及時回火。
  (4)選用適當的頻率(90KHZ)才能在齒輪齒淬火時獲得近似沿齒廓分布的硬化層。

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