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南阳二机物资装备集团在生产单臂吊环过程中,吊环质量出现一系列问题,如淬火过程中容易变形,强度不够以及低温冲击值满足不了API8C标准。本课题采用亚温淬火和近几年提出的零保温淬火热处理方法,根据不同的淬火温度制定不同的热处理工艺,旨在通过热处理方法改变基体的组织结构,提高材料的力学性能。
本文首先对10×10×55mm小试样用南阳二机物资装备集团公司的热处理方法试验,发现其低温韧性不满足要求。然后采用亚温淬火热处理和零保温淬火热处理工艺,对φ90mm和10×10×55mm试样进行试验,在大试样的试验中,预备热处理采用正火后高温回火,淬火介质分别选择淬火油、水、盐水和先淬水后淬油的方法,来确定冷却速度对组织及力学性能的影响;在小试样的试验中,亚温淬火预备热处理采用淬火,零保温淬火预备热处理采用淬火后高温回火的方法,淬火介质都采用盐水,来确定不同的淬火温度对组织及力学性能的影响。
通过理论分析和试验确定最终的热处理工艺,研究了20SiMn2MoV钢在两种热处理工艺下的组织和性能变化规律,探讨了在亚温淬火和零保温淬火条件下,奥氏体成分的变化和马氏体转变的特点,并与常规热处理工艺试验结果进行对比分析。
实验表明在亚温淬火工艺下,当少量细小针状的铁素体均匀分布在板条马氏体中时,材料的强度和韧性得到很大的提高。由于淬火温度低,大大减少了工件的热处理变形和开裂倾向。而零保温淬火工艺下,由于保温时间很短,内部组织成分很小均匀,以此来达到细化晶粒的目的,提高强度的同时,降低了材料的韧脆转变温度。
根据实验结果,该种材料亚温淬火工艺的淬火温度为840℃,保温时间为20min时,其力学性能为最优;零保温淬火工艺的淬火温度为910℃～950℃,保温时间为0min时,其力学性能满足API8C标准,随着淬火温度的升高,冲击性能提高,但强度有所下降。针对直径较大的材料,可适当延长保温时间。