锻件的热处理及加热与冷却方法

　　锻件生产厂家在大型锻件的热处理中,热处理应力在制订工艺过程中是一个重要的考虑方面,有些应力是在加热和冷却过程中产生,随着这些过程的结束而消失,这是瞬时应力;有些应力是在热处理结束后仍然存在于锻件内部的平衡应力,这就是残余应力。

　　锻件的中频双频感应加热,用圆形感应器套在身上,自下而上连续边加热边喷水淬火。如冷轧辊、活塞、水泥磨机轮等。特别长的锻件,由于长度受限就无法垂直吊装在淬火机床上,只能水平方向卧放,用专用感应器和变压器,在轴身上爬行或沿导轨滑行。

　　锻件应将其支承在专用旋转台上,锻件靠自重托在托轮上旋转,而内外圆本身可以自由伸缩,感应器固定的位置又可以离圈加热面之间间隙可以伸缩,这种感应器前后伸缩主要是在圈局部加热时膨缩而改变了感应器和加热面间隙,间隙的改变就会影响加热速度和加热温度,锻件生产厂为了维持感应器结合加热面间隙的稳定,当圈加热膨胀时,感应器也随之同步移动,因而在加热大型圈的内外圈面时,感应器和圈面始终有一定位器定位并可使感应器随圈加热面膨缩而前进或后退。

　　大型锻件的中频淬火,由于踏面二侧有凸台,其高度超过感应器和踏面的间隙距离,致使感应器圈无法套入踏面,类似这样的锻件可以采用对开式分离感应器,扣上感应器后加热踏面,加热到温度后分离感应器取出走轮淬火或直接喷水淬火后再打开感应器取出走轮。

　　锻件周围介质温度恒定时的加热与冷却计算

　　一.加热计算。

　　无限长圆柱体锻件均匀加热时,若加热前锻件无温差,则加热过程截面上各点的温度t是r的函数,一般认为长度三倍于直径的锻件,可看作是无限长的圆柱体。

　　二.冷却计算。

　　锻件冷却时,重要的问题是要预先能知道不同直径的锻件在不同的淬火介质中的冷却情况,其中包括:(1)锻件中心冷却到某一温度时需要的冷却时间;(2)适用于不同淬火温度的不同直径锻件中心的冷却曲线;(3)锻件中心的冷却速度;(4)锻件任一部位的冷却时间与锻件直径的关系。现在根据计算方法做一介绍:

　　1、锻件中心冷却到某一温度时需要的冷却时间。由于锻件根据心部的温度来确定终冷时间,因此,要求有较为可靠的冷却时间与锻件直径的关系曲线。又由于同一直径锻件冷到某一温度的冷却时间还与淬火温度有关,所以要不同淬火温度时的一系列冷却曲线。

　　2、适用于不同淬火温度的不同直径锻件中心得冷却曲线。根据现有的实测数据和传热学理论导出的适用于不同淬火温度的不超过2m,直径的锻件在水、油及空气中冷却时中心的冷却曲线。

　　3、锻件中心的冷却速度。通常用700℃时的冷却速度来确定钢的淬透性,这就要求求出冷速与直径的关系曲线。

　　第四,锻件任一部位的冷却时间与锻件直径的关系。锻件通常距表面1/3R处取样进行力学性能检验,有的特别重要的部件还要套取心部和表面试样,因此必须了解锻件不同部位的冷却情况与锻件直径的关系。

　　三.锻件终冷时间的计算。

　　生产中往往用每毫米冷却多少时间来计算冷却时间,特别是对于冷却能力较强的淬火介质会出现小件心部温度过低,大件终冷不足的弊病。

　　锻造生产厂家在热处理过程中,产生的瞬时应力若达到在该温度下材料的屈服点时,锻件就要产生塑性变形,使应力松弛。若瞬时应力大于材料的破断强度时,就有可能使锻件产生裂纹,直至断裂。即使瞬时应力小于材料的强度极限,由于大锻件内部总是存在一些冶金缺陷,在这些缺陷处造成很大的应力集中,至使原来存在的缺陷进一步扩张,甚至造成锻件的断裂。所以控制瞬时应力的大小是大锻件热处理工艺制订的一个重要问题,

　　热处理残余应力对工件的影响具有两重性,有好的影响,也有坏的影响,若残余应力与零件的工作应力符号相同,可降低零件强度,若相反,则会提高零件强度。对于一些重要的大锻件,允许存在的参与应力应小于材料屈服点的10%。