謝新佳

(中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司鑄鍛鋼事業(yè)部水壓機(jī)廠技術(shù)科，黑龍江161042)

PH104電鏟鍛件中心榖套的熱處理

謝新佳

(中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司鑄鍛鋼事業(yè)部水壓機(jī)廠技術(shù)科，黑龍江161042)

通過(guò)調(diào)整合金元素含量，采用合理的煉鋼、鍛造、熱處理方法，生產(chǎn)出合格的PH104電鏟鍛件。

PH104；電鏟鍛件；力學(xué)性能

PH104中心榖套是我公司與北京久益采礦公司聯(lián)合承制的大型電鏟鍛件。由于長(zhǎng)期用于生產(chǎn)作業(yè)，所以對(duì)力學(xué)性能的要求較高。

1 鍛件基本情況

鍛件基本尺寸如圖1所示。鍛件外徑1085 mm，內(nèi)徑580 mm，長(zhǎng)度2650 mm，單重14.91 t。由于鍛件較長(zhǎng)，中心存在580 mm通孔，給鍛件生產(chǎn)帶來(lái)了一定難度。

鍛件力學(xué)性能要求如表1所示。

圖1 鍛件尺寸圖Figure 1 Forging size

表1 鍛件力學(xué)性能要求Table 1 Mechanical properties requirements of forging

此鍛件為正回火狀態(tài)下交貨，鍛件性能要求較為嚴(yán)格，為熱處理過(guò)程增加了相應(yīng)難度。熱處理過(guò)程能較好的改善晶粒大小，調(diào)整鍛件所需的力學(xué)性能，但其影響因素相對(duì)較多，如合金元素的含量、不同煉鋼方式的選擇、鍛造方法的選取等都會(huì)對(duì)鍛件性能產(chǎn)生不同影響。

2 生產(chǎn)過(guò)程調(diào)整及準(zhǔn)備

根據(jù)該鍛件性能要求，為更好的調(diào)整鍛件達(dá)到使用中所需的力學(xué)性能，對(duì)煉鋼、鍛造及熱處理過(guò)程進(jìn)行調(diào)整及防控。

2.1 化學(xué)成分控制及煉鋼方式的選擇

S元素以FeS的形態(tài)存在于鋼中，F(xiàn)eS和Fe形成低熔點(diǎn)(985℃)化合物。在工件進(jìn)行熱加工時(shí)，硫化物過(guò)早熔化，導(dǎo)致鍛件開(kāi)裂，產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。

H元素主要來(lái)源于冶煉過(guò)程，鍛件中的氫導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生氫脆、白點(diǎn)等缺陷。

P元素屬于一種有害元素，可引起塑性、沖擊韌性顯著降低。

C、Cr、Mo可提高材料強(qiáng)度，適量的Mn可降低熱脆性的產(chǎn)生。

根據(jù)相應(yīng)合金元素對(duì)金屬材料性能的影響，采取電爐冶煉方法對(duì)鋼水進(jìn)行精煉處理，鋼錠采用LF爐精煉、真空脫氣處理和真空澆注工藝生產(chǎn)。有效的降低鋼中的P、S等雜質(zhì)元素的含量，控制非金屬夾雜物的數(shù)量和形態(tài)，提高鋼液純凈度，減少鋼錠偏析，提高鍛件的均勻性。改善材料的各向異性，減少偏析，降低回火脆性，為工件滿足在特定條件下的使用性能指標(biāo)提供了良好的基礎(chǔ)。化學(xué)成分控制如表2所示。

2.2 鍛造方法的選擇

鍛造過(guò)程可破碎鑄錠原始粗大樹(shù)枝晶組織，可鍛合縮孔、疏松、氣孔等冶金缺陷，形成致密的鍛造組織，起到晶粒細(xì)化作用。合理提高鍛比對(duì)鍛件內(nèi)部組織起到積極作用，針對(duì)上述原因鍛件鍛比選擇為4.0。鍛造方法如下：

表2 PH104鍛件化學(xué)成分調(diào)控(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 2 Chemical composition control of PH104 forging (mass fraction,%)

(1)壓?800 mm鉗口，倒棱，切除水口錠身140 mm；

(2)鐓粗至H1300 mm、?1710 mm，拔長(zhǎng)至?1200 mm、L≈2640 mm；

(3)鐓粗至H1080 mm、?1620 mm，沖孔?600 mm；

(4)?580 mm芯棒拔長(zhǎng)，氣割端頭出成品。

2.3 熱處理方法的選擇

鍛件經(jīng)熱處理后，可改善粗大的鍛造組織和過(guò)熱組織，提高鍛件內(nèi)部均勻性，細(xì)化鋼的奧氏體晶粒，消除組織遺傳，提高鍛件所需的力學(xué)性能。在鍛件有效位置敷設(shè)熱電偶，對(duì)熱處理過(guò)程中鍛件實(shí)際溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。熱處理工藝曲線如圖2所示。

圖2 PH104鍛件熱處理工藝曲線Figure 2 Heat treatment process curve of PH104 forging

(1)鍛件入爐后進(jìn)行600～660℃保溫一定時(shí)間，可減小鍛件內(nèi)外溫差，減少升溫過(guò)程所產(chǎn)生的瞬時(shí)應(yīng)力，能有效防止鍛件開(kāi)裂。

(2)在Ac1點(diǎn)以上提高加熱速度，能有效的爭(zhēng)取晶粒細(xì)化，但由于設(shè)備原因限制，采取功率升溫的方法提高升溫速率。

(3)正火保溫時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，促進(jìn)內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變完全。

(4)由于C、Cr、Mo等含量較低，采用較低溫度回火，保證鍛件性能。

(5)回火先選擇限速降溫，防止降溫過(guò)快，應(yīng)力較大，硬度偏高，導(dǎo)致鍛件開(kāi)裂。

3 性能檢驗(yàn)結(jié)果

力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

金相組織如圖3所示。晶粒度為7.5級(jí)，金相組織為鐵素體+珠光體。

表3 力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果Table 3 Test results of mechanical properties

(a)100×

(b)500×

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)合金元素的調(diào)整，采取合理的煉鋼方式、適當(dāng)?shù)腻懺旆椒ǖ却胧?，為鍛件得到相?yīng)的性能指標(biāo)奠定了前期基礎(chǔ)，合理有效的熱處理方式使PH104鍛件性能得到了保證。經(jīng)最終的各種性能檢驗(yàn)，鍛件性能一次合格，為PH104電鏟鍛件日后生產(chǎn)研究提供保貴經(jīng)驗(yàn)。

[1] 康大韜,葉國(guó)斌,等.大型鍛件材料及熱處理[M].北京:龍門書(shū)局,1998.

編輯 杜青泉

Heat treatment of PH104 Excavator Center Hub Forging

Xie Xinjia

Qualified PH104 excavator forging has been manufactured by adjusting alloy elements contents and adopting reasonable steelmaking, forging, heat treatment methods.

PH104; excavator forging; mechanical properties

2016—10—08

TG156

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