辽宁铸造消除裂纹的改进措施

辽宁铸造消除裂纹的改进措施

根据一次验证的结果，淬火后冷处理前100℃开水预回火1h与180℃油炉预回火1h均取得了相同的结果，但100℃开水预回火1h消除应力的效果不如180℃油炉预回火1h，故选定“淬火＋180℃油炉预回火1h＋冷处理＋回火”工艺方案。为确保产品最终获得极少量残留奥氏体，保证尺寸稳定性，对淬火工艺及淬冷至冷处理的时间间隔作了一些改进，并进行了二次、三次工艺验证试验。

（1）淬火工艺的改进

资料介绍，GCr15钢淬火温度范围在810～860℃，一般采用830～860℃，当淬火温度低于810℃，溶入奥氏体中的碳量仅为钢中含碳量的37%，溶入奥氏体中的铬量也仅为钢中含铬量的36%，从而使得奥氏体中碳及铬含量不足，达不到硬度及淬透性的要求，对钢的强度和疲劳寿命十分不利。但若淬火温度高于860℃，碳化物溶解过多，会引起过热，使奥氏体晶粒粗大，淬火后得到粗针状马氏体，造成残留奥氏体的增加，导致强度、韧性和使用寿命降低。为尽量减少零件淬火后的残留奥氏体量，将淬火温度由（850±10）℃降为（840±10）℃，并适当缩短保温时间。这样可减少溶入奥氏体中的碳和合金元素，降低奥氏体的稳定性，从而减少淬火后残留奥氏体量。

（2）缩短淬冷到冷处理的时间间隔

冷处理效果取决于冷处理温度和淬冷到冷处理的停留时间。冷处理温度主要是根据钢的马氏体转变终止点（Mf）、淬火组织中残留奥氏体含量、冷处理对力学性能的影响、零件的技术要求和形状复杂情况而定。GCr15钢在加执到正常淬火温度后连续冷却到低温时，马氏体转变终止点（Mf）在-70℃左右，低于Mf的深冷处理，对减少残留奥氏体的效果并不显著，不仅不能显著减少残留奥氏体含量，还会加大零件内应力，引起超显微裂纹，从而降低疲劳寿命和冲击韧性，故此选用温度可达-78℃干冰酒精溶液。

零件从淬冷到冷处理之间的停留时间越短，冷处理效果越好，停留时间过久，易出现残留奥氏体的陈化稳定，降低冷处理效果。但形状复杂的零件淬冷到室温后立即进行冷处理会产生开裂，对控制阀芯这种形状复杂的零件来说，由于含铬量高，淬透性好，加之它的残留奥氏体不易趋于稳定，故可采取“淬火+立即回火+冷处理+低温回火”工艺规范。淬火工件冷处理前在常温下允许停留的时间决定于钢的奥氏体稳定化敏感程度，GCr15钢属中等残留奥氏体稳定化程度的钢，在室温下允许的停留时间为2～3h，为保证冷处理效果，经试验，阀芯从淬冷到180℃油炉预回火1h再水冷进入冷处理完全可控制在2h以内，大限度地减少残留奥氏体的陈化稳定。

冷处理后零件放在空气中恢复到室温后立即进行回火，否则也会导致零件开裂。一般从深冷处理后至回火的停留时间不应超过4h。

（3）回火工艺的改进

GCr15钢淬火组织中存在两种亚稳定组织—马氏体和残留奥氏体，有自发转化或诱发转化成稳定组织的趋势。同时，零件在淬火后处于高应力状态，在长时间存放或使用过程中，容易引起尺寸改变，丧失精度，甚至开裂。而回火可以消除残留应力，防止开裂，并能使亚稳定组织转变为相对稳定的组织，从而稳定尺寸，提高韧性，获得良好的综合力学性能。GCr15钢经-78℃，1h深冷处理后在200℃左右回火6h以上可将残留奥氏体量控制在3%左右，所以为获得极少量的残留奥氏体量，保证零件尺寸稳定性，在保证硬度要求的前提下将回火温度提高到200℃，并进行两次回火，回火时间延长到8h，使其尺寸更加稳定。

（4）改进后工艺验证试验

根据改进后的工艺进行了两次工艺验证试验，结果如下：

一次：840℃淬火+180℃油炉预回火1h+冷处理1h+200℃油炉回火两次（4h+4h），淬冷到冷处理间隔时间2h，金相组织检测如图7所示（破试两件零件）。

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