Recientemente, se produjeron grietas por enfriamiento por lotes en una parte de la unidad durante el tratamiento térmico y la tasa de desechos alcanzó el 20%.
El material de las piezas es 27SiMn y el proceso de tratamiento térmico adoptado es precalentamiento de 480 ℃ (30 min) + (900 ± 10) ℃ × 15 min de calentamiento en baño de sal y enfriamiento con agua circulante + enfriamiento a 500 ℃.
En este post se realiza un análisis físico y químico de las causas de las grietas por revenido en piezas, se presentan soluciones y se obtienen buenos resultados en su posterior producción.
1. Análisis físico y químico
(1) Observación macroscópica
Como se muestra en la Figura 1, al observar las piezas desechadas después del tratamiento térmico, se puede ver que todas las grietas de templado en las piezas aparecen dentro o cerca de los orificios internos de las piezas.
En estado macroscópico, las grietas avanzan a lo largo de los orificios internos de las piezas en forma de pequeñas estrías en zigzag, con una longitud de varios milímetros a diez milímetros y una profundidad de 2 a 5 mm en la dirección axial.
Generalmente cada pieza presenta varias grietas.
Fig. 1 fotografía macro del endurecimiento de piezas agrietadas.
(2) Prueba de composición química
Se toman muestras de las piezas agrietadas para realizar pruebas de composición química.
Los resultados de la prueba se muestran en la Tabla 1.
La composición química cumple con la composición química y las propiedades mecánicas de GB/T 3077-1999 de acero de aleación estructural.
Tabla 1 Composición química de las piezas de acero 27SiMn (fracción de masa) (%)
| Elemento químico | W. | Sí | Minnesota | PAG | s |
| GB/T 3077 | 0,24~0,32 | 1,10 ~ 1,40 | 1,10 ~ 1,40 | ≤0,35 | ≤0,35 |
| Resultados de la prueba | 0,32 | 1.24 | 1.25 | 0.019 | 0.005 |
(3) Análisis metalográfico
La observación metalográfica debe realizarse tomando muestras de la parte fisurada de la pieza.
Como se muestra en la Figura 2, bajo un microscopio metalográfico, se puede ver claramente que la grieta serpentea a lo largo del límite del grano;
No se encuentran descarburación ni oxidación en ambos lados de la grieta, lo que debería ser causado por enfriamiento;
Las grietas se agrietan a lo largo del límite de grano, que debe ser una fractura intergranular;
Hay una gran cantidad de estructuras reticuladas blancas en el extremo posterior y a ambos lados de la fisura.
La prueba de microdureza muestra que las estructuras reticulares blancas son estructuras reticulares de ferrita.
El interior del grano es una estructura de sorbita templada y una pequeña cantidad de estructura de bainita superior pinnada.
La observación metalográfica se realiza en el núcleo de las piezas endurecidas.
Como se muestra en la Fig. 3, la estructura matricial de las piezas es una estructura de sorbita apagada + estructura de malla blanca y una pequeña cantidad de estructura de bainita superior.
Se probó la microdureza de la estructura reticular blanca y el valor de microdureza fue de aproximadamente 300 hv, lo que puede considerarse como una estructura reticular de ferrita.
2. Discusión
En el estado templado de los materiales de acero, generalmente existen dos formas de estructura de ferrita:
La primera forma se enfría a temperatura inferior o normal, pero el tiempo de retención es muy corto.
La estructura de la ferrita se conserva durante el enfriamiento rápido y posterior porque no se transforma completamente en austenita o no tiene tiempo de transformación, y su forma es de bloque o de media luna en el límite del grano o dentro del grano;
La segunda forma es el enfriamiento a temperatura normal, pero debido a la lenta velocidad de enfriamiento a alta temperatura durante el enfriamiento, la estructura de ferrita precipitará preferentemente en forma de una red límite de grano.
Las diferentes formas de la estructura de ferrita en la estructura de la matriz tienen un gran impacto en las propiedades de los materiales.
La primera forma es que la estructura de ferrita no está completamente austenizada y se distribuye en el grano o en el límite del grano dentro de la estructura de matriz en forma de bloque o semilunar.
En términos generales, tiene un buen efecto para aliviar la tensión de enfriamiento, reducir las grietas por enfriamiento y mejorar la fragilidad a bajas temperaturas.
La razón es que la tensión estructural y la tensión de transformación generadas durante la transformación martensítica se aliviarán en gran medida debido a la buena forma de la estructura de ferrita.
Además, la estructura de ferrita se distribuye en el límite del grano en forma de bloque o media luna, y se pueden disolver más oligoelementos como P, lo que tiene un efecto obvio en la eliminación de la fragilidad por enfriamiento reversible y la mejora de la fragilidad en frío del acero.
En la segunda forma, debido a la lenta velocidad de enfriamiento a alta temperatura durante el proceso de enfriamiento, la estructura de ferrita toma la delantera en la forma de red y precipita a lo largo del límite del grano.
Esta estructura tiene un gran impacto en las propiedades mecánicas del acero, lo que reducirá en gran medida la resistencia al impacto del material y aumentará la probabilidad de extinción de grietas.
La razón es que la estructura de ferrita se distribuye a lo largo del límite del grano en forma de red.
Debido a la baja resistencia de la estructura de ferrita, se pueden disolver más oligoelementos, lo que debilita en gran medida la resistencia de la frontera de grano y reduce la resistencia al impacto.
Uma vez que a tensão estrutural e a tensão de transformação de fase do material são muito grandes durante a têmpera, a trinca irá nuclear preferencialmente no limite do grão onde a rede de ferrita está localizada e rachar ao longo do contorno do grão, resultando em acidentes de calidad.
En este post aparecen todas las partes fisuradas de las piezas templadas en el agujero interior.
Se puede ver claramente en la estructura metalográfica de las piezas templadas que hay una gran cantidad de estructuras de red de ferrita y las grietas serpentean a lo largo del límite del grano, lo que indica que hay problemas en el proceso de temple y enfriamiento de las piezas.
De las pruebas físicas y químicas anteriores, se puede ver que los elementos de aleación del acero 27SiMn, especialmente el contenido de carbono, son superiores al límite superior, por lo tanto, la templabilidad es mejor;
En general, el diámetro crítico del acero 27SiMn puede alcanzar los 38 mm en agua estática a 20 ℃, y el espesor efectivo de las piezas es de 13 mm.
Por lo tanto, en condiciones normales, las piezas se pueden templar completamente en agua.
La estructura metalográfica normal después del tratamiento térmico debe ser una estructura de sorbita enfriada.
Sin embargo, a partir de la observación de la estructura metalográfica en la Figura 2 y la Figura 3, es anormal que haya una gran cantidad de estructuras reticulares de ferrita y una pequeña cantidad de estructura de bainita superior en la estructura.
El medio para templar las piezas es la circulación de agua del grifo.
El rendimiento de la refrigeración por agua es muy sensible a la temperatura.
Cuando la temperatura del agua excede los 40 ℃, el rendimiento de enfriamiento se reducirá considerablemente y su capacidad de enfriamiento en la región de alta temperatura (500-700 ℃) se reducirá drásticamente, mientras que la capacidad de enfriamiento de baja temperatura en la región de baja temperatura. la temperatura de la región de transformación martensítica (200-350 ℃) se reducirá menos.
Esto se puede ver en la Figura 4.
Esto conducirá fácilmente a las siguientes consecuencias:
El lento enfriamiento de las piezas en la zona de alta temperatura conduce a la transformación de la estructura de austenita en una estructura de ferrita y se distribuye en el límite de grano en una red, debilitando el límite de grano;
Sin embargo, en la región de baja temperatura, la velocidad de enfriamiento es muy rápida, la austenita se convierte en martensita y la tensión estructural es muy grande.
Fig. 4 Diagrama esquemático de la curva de velocidad de enfriamiento del agua a diferentes temperaturas (agua sin gas)
A través de la investigación y la visita de campo, el autor descubrió que el sistema de control de temperatura del horno de baño de sal era normal y la precisión de la detección del termopar estaba calificada.
Sin embargo, se encontró que existían tres problemas en el proceso de tratamiento térmico de las piezas:
Primero, la puerta de unión del tanque de agua de enfriamiento está dañada y el agua en circulación del tanque de agua de enfriamiento no se puede reemplazar sin problemas;
En segundo lugar, el flujo de agua de enfriamiento (alta temperatura del agua) desde el electrodo principal del horno de baño de sal fluye directamente al tanque de agua de enfriamiento, lo que resulta en una temperatura alta del agua del tanque de agua de enfriamiento;
En tercer lugar, cuando las piezas se enfrían realmente, el intervalo de enfriamiento de cada horno es corto, el volumen del tanque de agua es pequeño y la frecuencia de actualización del agua del grifo en el tanque de agua no es oportuna.
Los tres factores anteriores hacen que la temperatura del agua de las piezas sea muy alta durante el enfriamiento. Según la investigación, se infiere que la temperatura del agua puede ser de 50 ~ 60 ℃.
A partir de esto, se puede juzgar que el rendimiento de refrigeración por agua en el área de alta temperatura de las piezas se reduce considerablemente debido a la alta temperatura del agua.
Después de que las piezas se enfrían, la estructura de ferrita se distribuye en el límite de grano en forma de red, lo que resulta en una fuerte disminución en la resistencia del límite de grano.
Sin embargo, el rendimiento de enfriamiento a baja temperatura no cambia mucho, lo que resulta en una velocidad de enfriamiento muy rápida, una tensión de tracción muy grande y grietas a lo largo del límite del grano durante la transformación de la martensita en el área de baja temperatura.
Además, la forma de las piezas y el método de enfriamiento también desempeñan un papel determinado en el craqueo de los materiales.
La forma de las piezas es compleja. Se calienta en un horno de baño de sal. El accesorio de enfriamiento pasa por el orificio interior.
Las piezas se fijan en línea vertical, como se muestra en la Fig.
Hay una gran cantidad de piezas en cada accesorio y el accesorio es largo.
Cuando se utiliza la grúa para enfriamiento, debido al límite de velocidad de la grúa, el flujo de agua del dispositivo es lento cuando las piezas se enfrían, lo que resulta en diferentes velocidades de enfriamiento entre las piezas y diferentes partes de una sola pieza;
Al mismo tiempo, cuando el dispositivo de enfriamiento pasa a través del orificio interior de la pieza de trabajo, el flujo de agua en el orificio interior no es suave (el diámetro del orificio interior de la pieza de trabajo es de 16 mm) y la velocidad de enfriamiento del orificio interior es lento;
Además, como se muestra en la Fig. 5, cuando las piezas entran al agua, la posición 1 se enfría primero, mientras que la posición 2 se llena de aire en su hueco, de modo que el enfriamiento del orificio interior en esta posición y su posición 3 es más lento. .
Fig.5 Pieza de fijación y método de enfriamiento.
El enfriamiento lento del orificio interior facilitará la precipitación de la estructura líquida de ferrita, debilitará el límite del grano y hará que el valor de la tensión térmica residual generado por el enfriamiento en el área de alta temperatura sea relativamente pequeño, mientras que la tensión estructural generada por el enfriamiento en el área de alta temperatura La transformación martensítica de baja temperatura es grande.
La superposición de los dos provocará un gran estado de tensión de tracción en la superficie del orificio interior.
Cuando el valor de la tensión de tracción excede su resistencia a la tracción, se causarán grietas en el orificio interior.
3. Conclusión y medidas de mejora
(1) La forma y el método de enfriamiento de las piezas conducen a una velocidad de enfriamiento lenta del orificio interior y a una gran tensión de tracción en el orificio interior.
(2) Durante el proceso de enfriamiento de las piezas, debido a daños en la compuerta del tanque de agua de enfriamiento y otras razones, el flujo de agua no es suave, la temperatura del agua aumenta y el rendimiento de enfriamiento del agua se reduce considerablemente.
La estructura de ferrita se distribuye en forma de red en el límite de grano, lo que resulta en una fuerte disminución de la resistencia del límite de grano.
Bajo la tensión de tracción residual, la grieta se rompe a lo largo del límite de grano.
Para verificar el juicio anterior, el autor reparó la puerta del tanque de agua, controló la temperatura del agua de refrigeración dentro de los 30 ℃ en el siguiente lote de piezas de producción de prueba (el mismo lote de materiales) y aumentó la fuerza de agitación.
Como resultado, la tasa de agrietamiento por templado de las piezas se redujo considerablemente, menos del 1‰, lo que demostró la exactitud de la sentencia anterior.
