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锻件质量分析案例:20Cr2Ni4A钢锻坯过热对碳氮共渗后马氏体的影响

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20Cr2Ni4A钢锻坯过热对碳氮共渗后马氏体的影响

High Stength Alloy Structural Steel 20Cr2Ni4A Hot Rolled Bar With Heat Treatment

含碳0.45%的碳素钢和含镍、铬、钨的合金钢的高温强度变化曲线。根据曲线可知,金属随着温度提高而强度降低。

加热温度 锻坯一般加热到金属的允许始锻温度。为保证里外温度均匀,锻坯表面加热到所需温度后还应保温一定时间。保温时间与金属的导热系数、锻坯的截面尺寸和在炉内的放置状态有关。冷坯料加热的升温速度不宜太高,以防止表层与心部之间出现过大的温差和在心部出现大的热应力。心部热应力容易引起裂纹。常用的测温仪表有测炉温的热电偶,测金属表面温度的光学高温计。

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20Cr2Ni4A钢锻坯过热对碳氮共渗后马氏体的影响

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【原始状态描述】:20Cr2Ni4A棒材坯料,始锻温度1180℃,终端温度约850℃,先镦粗,然后模锻成齿轮坯件,锻后空冷,920℃正火,650℃高温回火。

【质量情况】:齿坯加工成齿轮经碳氮共渗处理后,检测其金相组织发现:渗层中存在粗大的马氏体针,因其超过规定标准而报废。

【原因分析】:经检测,其化学成分合格,但共渗前(正火回火后)锻件晶粒粗大。进一步检查模锻后未正火锻件的外观及晶粒度,发现具有粗大马氏体的锻件的氧化皮比正常锻件厚得多,且晶粒十分粗大。经检查,是由于坯料加热时间过长造成过热所致。

【改进措施】:

  1. 严格控制炉温,适当控制装炉量,避免坯料在炉内加热时间过长;
  2. 对已过热的锻件,采用合适的正火温度细化晶粒。实验证明:920℃正火最理想;
  3. 若一次正火难以获得理想的细化效果,则可进行二次正火。
  4. 锻件冷却到室温后,经一次高温回火然后再进行正火晶粒细化效果也很好。

【试验及验证】:采取上述2、3项措施,齿轮再经共渗后获得了细小的马氏体组织。

【结论】:再无出现马氏体粗大(不合格)。

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