30CrMnSiA钢真空热处理的特点
30CrMnSiA钢的真空热处理：
真空热处理是金属材料热处理领域的新技术。本文将 30CrMnSiA 钢采用真空炉、空气炉、盐浴炉热处理, 对其组织性能进行对比分析。 结果表明:30CrMnSiA 钢经过真空热处理, 其综合力学性能尤其是弯曲疲劳强度大幅度提高。
关键词
真空热处理, 30CrMnSiA钢, 疲劳强度
30CrM nSiA钢经调质后, 具有优良的综合力学性能 。常用来制造承受巨大冲击及循环载荷的中等截面的重要零件, 如飞机起落架, 发动机架、机翼主梁、翼梁接头等, 是目前飞机结构中应用最广泛的钢材 。在金属热处理中, 真空热处理技术始终是国际热处理技术发展的热点〔1〕〔2〕 。
30CrMnSiA钢在真空内加热, 由于表面发生物理化学反应, 可以获得在常规热处理时不能获得的各种效果。本文将30CrMnSiA钢分别采用真空炉、空气电阻炉 、盐浴炉热处理, 通过对其组织性能的对比分析, 对该钢真空热处理的优越性进行了讨论。
试验材料及方法
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试验材料及设备
本研究试验材料为若干30CrMnSiA钢试样。采用 ZC -65 型真空炉, SRJX -8 -13 型空气电阻炉, ( 50 %KCl +50 %NaCl) 中温盐浴炉及( 50 %NaNO2 +50 %KNO3) 硝盐炉进行热炉处理。同时还有去油剂( 2 %金属洗涤剂 +98 %水) 、热水清洗机等辅助热处理设备 。所用氮气纯度为 99 .99 %。
30CrMnSiA 钢的热处理试样分别在空气炉、盐浴炉中加热淬火, 然后在硝盐炉中高温回火, 具体热处理工艺见图1 、图 2 。
试样的真空热处理与常规热处理不同。在真空热处理前, 先进行脱脂处理, 试样在 40 ℃～60 ℃的去油槽中浸泡晃动 30 分钟, 再放入 70 ℃～ 100 ℃热水清洗机内清洗, 烘干后入炉。试样入炉后首先抽真空达 1 .33 帕 。关闭扩散泵, 让罗茨泵继续运转, 然后充入氮气, 使炉内压强在连续通气情况下, 维持在 13 .3 ～ 1 .33 帕之间 。本试验所用的 ZC -65 型真空淬火炉属于周期作业的真空加热炉, 试样在炉中实际温度要比炉温仪表指示的温度要低, 即升到预期的温度比仪表到温滞后一段时间〔3〕 。所以本试验首先将试样加热到 700 ℃停留 30 分钟, 再继续升温, 以消除滞后现象。
试样在 13 .3 ～ 1 .33 帕的真空状态下, 在890 ℃保温 70 分钟, 充氮气至 101 .3 千帕,放入油中起动油搅冷却 。为了保持真空淬火的优势, 采用真空回火 。图 3 为试样在真空炉中加热淬火并回火的热处理工艺 。
30CrMnSiA 钢经 3 种方式热处理, 常规力学性能差别不大, 而真空炉处理力学性能略优 。其抗拉强度 σb 较盐浴炉处理虽仅高出 70M Pa, 但屈服强度 σ0 .2比空气炉处理要高出近 200MPa,延伸率δ5 比盐浴炉处理要高出 4 %, 冲击韧性 αk也均高于空气炉和盐浴炉处理。其周期强度, 即低循环拉伸疲劳寿命列于表2 中。
组织观察
30CrMnSiA钢试样经空气炉及盐浴炉热处理后, 因试样表面为氧化皮而宏观组织均呈黑色。显微镜下观察, 试样表层和心部金相组织不同, 表层出现明显的脱碳现象, 其中经空气炉热处理的试样脱碳现象更为明显 。30CrM nSiA 钢试样经真空炉淬火并回火后,宏观组织为光亮表面, 色泽与金属基体颜色完全相同。光镜下, 试样表层无脱碳现象。30CrMnSiA钢试样表层和心部均为回火索氏体组织, 如图 4所示 。
30CrMnSiA钢真空热处理的特点
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加热速度缓慢30CrMnSiA钢在真空度 13 .3 ～ 1 .33 帕的炉中加热, 加热速度要比在盐浴炉气中加热要慢 。虽然经过 700 ℃预热, 但在 890 ℃加热时, 加热时间仍为盐浴炉中加热时间的 7 倍( 图 2 、图 3) 。加热保温时间充分延长以保证加热均匀 。由于在真空中加热升温缓慢, 试样的截面温差小, 其热应力与组织应力比空气炉和盐浴炉加热方式小得多, 真空热处理后的变形也比空气炉和盐浴炉加热方式要小。
