芯棒去应力退火工艺的研究.pdf

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《大型铸锻件》No．3HEAVYCASTINGANDF0RGINGMav2012芯棒去应力退火工艺的研究王晓明李成鑫(天津赛瑞机器设备有限公司，天津300301)摘要：通过试验确定芯棒最佳保温温度和保温时间。控制芯棒原始弯曲度，消除芯棒内应力，解决芯棒机加工前变弯的问题。关键词：芯棒；内应力；去应力退火；弯曲度中图分类号：TGll5．56文献标识码：BTheResearchofMandrelAnnealingTechnologyforStressReliefWangXiaoming，LiChengxinAbstract：Thebestholdingtemperatureandholdingtimeofmandrelisconfirmedbytest．Thebendingproblemsbeforemandrelmachiningissolvedbycontrollingoriginalbendingofmandrelandeliminateinternalstressofmandre1．Keywords：mandrel；internalstress；annealingforstressrelief；bending芯棒是一种用于无缝钢管扩孔定型的重要工火。如果不能很好的消除芯棒机体中的应力，机具。我国作为一个无缝钢管生产大国，芯棒的大加工过程中应力释放就会导致芯棒变弯。所以控规模国产化已迫在眉睫。由于国内生产芯棒的经制芯棒机加工前的弯曲度(下文简称原始弯曲验较少，在生产中出现很多问题。其中一个问题度)以及确保芯棒的内应力完全去除干净是解决就是由于内应力的作用，在生产芯棒的过程中，往问题的唯一办法，即确定一个合适的去应力退火往会在机加工序出现粗车后芯棒变弯的现象。文工艺。完整的去应力工艺参数包括升温速率、退章对芯棒去应力工艺进行了试验研究，以解决芯火温度、保温时间、冷却方式。影响芯棒去应力质棒机加工后变弯的问题。量的两个主要参数为退火温度和保温时间。本试验分两步，第一步确定合适的退火温度，以保证芯1试验分析棒原始弯曲度在合适的范围，第二步确定合适的1．1芯棒变弯原因保温时间，以保证芯棒内应力完全去除干净。机加工芯棒变弯是内应力造成的，这里的内1．2试验参数的设计应力分两部分：(1)加工时产生的内应力。芯棒内应力的去除程度取决于退火温度及保温时使用车床加工时，车刀作用在工件上会产生车削间。一般来说，在进行去应力退火时，温度过低，应力，如果芯棒很直，车削力均匀的作用在芯棒的工件不会在短时间内完成局部应力松弛的塑性变圆周上，分布均匀，达到平衡状态，芯棒会越车越形，所需保温时间很长。常温也可以起到去除内直。但当芯棒本身存在弯曲度时，车刀就会车削应力的效果即时效，但时间太长，一般需要几个不均匀即偏心车，这样芯棒圆周的车削量不同导月，不适用于生产。温度越高，所需保温时间越致作用在芯棒圆周上的车削力不均匀，受力不均短，应力去除越彻底，但也不能太高，以免发生金就会产生内应力。芯棒的弯曲度越大，车削越不属组织结构变化。所以一般低于A线以下100均匀，产生的内应力越大，当内应力达到一定程度200~C[为宜。后，大于芯棒的屈服强度时，芯棒就会变弯。(2)1．2．1去应力温度的确定加工锻造钢材在冷却过程中，因表面和心部冷却芯棒材料为H13钢，H13钢的A温度为速度不同所造成的内外温差会产生残余内应力。860oC，而奥氏体化后回火温度一般为550—这种内应力与后续工艺因素叠加，易使工件发生650oC。为了不影响工件的力学性能并保证芯棒变形⋯。芯棒必须要经过矫直以减少变形量为的回火索氏体组织，去应力温度需低于回火温度，后续机加工做准备，但矫直时矫直机的压力会使因此将去应力温度定为360—500~C。芯棒内部产生内应力，芯棒矫直后必须去应力退1．2．2保温时间的确定收稿日期：201l一12—02确定去应力温度后，还要有足够的时间保证17 No．3《大型铸锻件》Mav2012HEAVYCAs11NGANDF0RGING局部塑性变形和应力的释放。而保温时间与工件1h作为一种保温时间。具体保温时间如表3所有效加热面积(本试验所选材料全部为棒材，故示。工艺结束后待芯棒冷却到室温，用检测台架有效加热面积为试验材料的直径)有关，工件有与百分表检测弯曲度，结果如表4所示。用车床效加热面积越大，所需保温时间越长。本次试验对48支芯棒进行车削加工，加工后再次测量弯曲芯棒的直径为271mm，根据经验公式将保温时间度，分析保温时间与加工后弯曲度的关系。定为12h一19h。3试验结果分析2试验过程保温温度相同保温时间不同条件下芯棒弯曲2．1确定合适的退火温度度的试验结果见表4。保温时间不变，对退火温度进行试验，以确定表3保温时间最佳保温温度。GB／T16923-1997“钢件的正火Table3Holdingtime与退火”中规定去应力退火的允许温度偏差为序号±25oC，因此我们在试验中48支矫直后的271mm芯棒分为8组，每6支为一组，在360～500℃间，从360℃开始每增加20℃作为一种保温温度。表4保温温度相同保温时间不同具体保温温度如表1所示。工艺结束后待芯棒冷条件下芯棒弯曲度的试验结果(单位：Bln1)Table4Thetestresultsofmandrelbending却到室温，用检测台架与百分表检测弯曲度，试验undersameholdingtemperatureand结果如表2所示。用车床对48支芯棒进行车削diferentholdingtimes(unit：19111)加工，加工后再次测量弯曲度，得到不同温度所对应的弯曲度。保温芯棒I芯棒2芯棒3芯棒4芯棒5芯棒6平均时间／h弯曲度表1保温温度Table1Holdingtemperature122．833．52．53．522．91333．522．83．52．52．9143．52．53．52．833．53．1l53．5232．73．42．92．9l62．93．532．13．22．72．9表2保温时间相同、保温温度不同条件下l733．533．23．52．73．2芯棒弯曲度的试验结果(单位：mn1)l833．22．92．53．53．23．1Table2Thetestresultsofmandrelbending193．23．22．933．22．73undersameholdingtimeanddiferentholdingtemperatures(unit：lnln)从表2可以看出，在同样的保温时间的情况保温芯棒1芯棒2芯棒3芯棒4芯棒5芯棒6平均下，当去应力温度大于420oC时，芯棒去应力后弯温度／℃弯曲度曲度明显增大，小于420oC时，芯棒去应力后弯曲3602．833．522．52．52．7度基本不变。这是因为芯棒的屈服强度一般随着3803．5322．5322．7温度升高而下降，存在较大内应力的芯棒被加热，4oo2．53．533．522．52．8温度升高时，其屈服强度会降低。当屈服强度小4203．5344．53．553．944077．56．555．556于内应力时，材料内部组织就会发生屈服，释放应4607．5878．598．58．1力，直到残余内应力与屈服强度达到平衡。去应4801015l39．51l8．5l1．2力退火就是基于这个原理，温度过高，屈服强度过5oo1510．512l3l3．5l1．5l2．6低，芯棒在内应力的作用下就会变形，温度越高，变形量越大。从图1可以看出，当去应力温度小2．2确定合适的保温时间于400oC时，芯棒的加工后弯曲度明显变大，这是退火温度不变，对保温时间进行试验，以确定因为去应力温度过低，芯棒内应力没有释放完全，最佳保温时间。为了具有代表性，同样将48支矫没有起到去应力退火的作用，在车削加工过程中直后的(2j271mm芯棒分为8组，每6支为一组。残余内应力释放导致芯棒变弯。当去应力温度大保温时间在12h一19h之间，从12h开始每增加于440~C时，芯棒加工后弯曲度也明显变大，这是18 《大型铸锻件》No．3HEAVYCASrnNGANDFORGINGMay2012因为芯棒加工前原始弯曲度过大(见表2)，芯棒车削加工时偏心车，车削量不均匀产生新的内应禹力，导致芯棒变弯。因此去应力温度在400～曩440oC之间比较合适，420oC为最低点，故芯棒去应魍静力退火的最佳保温温度为420oC。世H表4中数据为不同的保温时间所对应的不同屡弯曲度。芯棒去应力退火保温时间对原始弯曲度没有太大影响。由图2可知，芯棒加工后弯曲度在一定范围内随着保温时间的增大而减小。这是30032034036038o40042044046048050052054o因为在合适的去应力温度下，保温时间越长，芯棒去应力i鼬／℃的内应力去除越干净，对后续机加工序的影响越图1去应力温度与加工后弯曲度关系小。当去应力保温时间大于17h后，芯棒加工后Figure1Therelationshipbetweenstressrelief弯曲度控制在很小的范围内，可以认为此时芯棒temperatureandbendingaftermachining残余内应力很少，不足以影响后续加工。考虑生产成本、生产周期等情况，将最佳去应力保温时间定为17h。4结论试验发现，芯棒最佳去应力退火工艺为在420℃保温17h。可达到完全消除芯棒组织内应力的目的。参考文献[1]陆兴．热处理工程基础．北京：机械工业出版社，2007．10ll12l31415l6l7l8192O[2]刘永刚，李显，李少华．焊后去应力退火的机理及应用(J)．保温时蜘／h图2去应力时间与加工后弯曲度关系金属加工，2009．Figure2Therelationshipbetweenstress编辑杜青泉relieftimeandbendingaftermachining(上接第16页)(3)为提升产品质量，建议以Mo代替Nb，既NbC所形成的夹杂性显微裂纹所致。不能完全排能细化晶粒又可起到减少成分偏析和显微裂纹的除MnS和FeS夹杂引起热脆致废的可能性，但氢多重作用。脆致废的可能性较小。参考文献(2)采用合理的热加工工艺，如合适的锻比、[1]冶金部钢铁研究院主编．合金钢手册．北京：机械工业出版变形程度及压下量，减少成分偏析，尽量使MnS社．在钢中均匀分布，热处理时确保NbC充分溶入奥[2]李炯辉主编．金相材料金相图谱．北京：机械工业出版社．氏体基体，细化晶粒和减少应力集中，是防止产生编辑杜青泉显微裂纹的有效措施。19