06Cr15Ni25Ti2MoAlVB耐熱螺栓件熱處理工藝


       我們都知道，用06Cr15Ni25Ti2MoAlVB生產(chǎn)制作的螺栓為耐熱螺栓，為了讓06Cr15Ni25Ti2MoAlVB螺栓達(dá)到特定的性能要求，就必須對(duì)它進(jìn)行相關(guān)的熱處理工藝，這時(shí)候，就是考驗(yàn)熱處理工藝是否成熟。

 

        當(dāng)然，在將這個(gè)問(wèn)題之前，我們要知道耐熱螺栓的一般服役條件，我們一般了解到，螺栓是一類(lèi)有齒牙的連接副，耐熱螺栓既要承受高溫、交變載荷，又要在相當(dāng)大的程度上保持預(yù)緊力和耐疲勞強(qiáng)度的情況條件下使用，同時(shí)其還要在600攝氏度左右的高溫條件下持續(xù)工作。

 

       關(guān)于性能要求具體來(lái)說(shuō)又可以說(shuō)成是要求具有在高溫下能保持較高的強(qiáng)度硬度以及良好的韌性，要有高的抗松弛性和高溫穩(wěn)定性、足夠的強(qiáng)度、低的缺口敏感性、一定的持久強(qiáng)度、小的蠕變脆化傾向和良好的抗氧化性，高的耐疲勞性。最終處理后硬度28-33 HRC，σb≥950MPa ,σS≥800MPa。

 

        接下來(lái)我們也順便來(lái)認(rèn)識(shí)下06Cr15Ni25Ti2MoAlVB這款材料。它與各國(guó)的牌號(hào)對(duì)照關(guān)系如下：

 

        中國(guó)GB/JB標(biāo)號(hào):06Cr15Ni25Ti2MoAlVB；日本JIS標(biāo)號(hào):SUH660；美國(guó)AISI標(biāo)號(hào):660；美國(guó)ASTM標(biāo)號(hào):K66286；法國(guó)AFNOR標(biāo)號(hào):Z6NCTDV25.15B（NF）。

 

        06Cr15Ni25Ti2MoAlVB力學(xué)性能如下：抗拉強(qiáng)度σb(MPa)：≥900；屈服強(qiáng)度σ0.2(MPa)：≥590；伸長(zhǎng)率δ5(％)：≥15；斷面收縮率ψ(％)：≥18；硬度:≥248HB。

 

         06Cr15Ni25Ti2MoAlVB熱處理規(guī)范：固溶885～915℃或965～995℃快冷;時(shí)效700～760℃,16h空冷或緩冷。金相組織：組織特征為奧氏體型。

 

         06Cr15Ni25Ti2MoAlVB是奧氏體型耐熱不銹鋼，也可稱(chēng)為高溫合金。該鋼退火狀態(tài)下塑性和韌性較好，可以進(jìn)行冷鐓成形，切削加工性能和熱處理性能良好，可使用到650-700℃，用于耐熱、耐腐蝕的受力的螺栓完全可行，具有高強(qiáng)度、高抗松弛性、低缺口敏感性、一定的持久強(qiáng)度、良好的抗氧化性。

 

         奧氏體型不銹鋼06Cr15Ni25Ti2MoAlVB鋼可作為耐熱鋼使用，這是由于奧氏體的再結(jié)晶溫度高，鐵和其它元素的原子在其中的擴(kuò)散系數(shù)小，故其強(qiáng)化穩(wěn)定性比鐵素體高，用于工作溫度高于650℃的耐熱緊固件多系奧氏體材料，是以?shī)W氏體型不銹鋼為基礎(chǔ)添加一些熱強(qiáng)性的合金元素而成。它們既有優(yōu)良的耐蝕性，也有相當(dāng)好的耐熱性能。

 

         06Cr15Ni25Ti2MoAlVB鋼含有大量的奧氏體穩(wěn)定化元素，如鉻、鎳、鉬、鈦等合金元素。鉻、鎳在奧氏體型耐熱鋼中，能提高其抗氧化性；鉬能提高奧氏體型鋼的熱強(qiáng)性；鈦是比鉻更易與碳結(jié)合形成穩(wěn)定碳化物的元素，鈦含量1.90%可以使大部分的碳存在于鈦的碳化物之中，從而改善鋼的抗晶間腐蝕能力。合金添加中有Al等元素，這種材料經(jīng)過(guò)高溫處理，并進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的時(shí)效后，在組織中析出一種彌散的金屬化合物，從而使該材料的抗拉強(qiáng)度提高。

 

        一個(gè)材料的性能很大一部分來(lái)自于其自身的成分結(jié)構(gòu)配比，現(xiàn)在龍拓金屬模具鋼客服就帶您來(lái)了解06Cr15Ni25Ti2MoAlVB不銹鋼中各個(gè)元素所起到的作用。

 

        碳（C）：提高鋼件強(qiáng)度，尤其是其熱處理性能，但隨著含碳量的增加，塑性和韌性下降，并會(huì)影響到鋼件的冷鐓性能及焊接性能。含量過(guò)高會(huì)降低其延展性和耐蝕性。

 

        錳（Mn）：提高鋼件強(qiáng)度，并在一定程度上提高可淬性。即在淬火時(shí)增加了淬硬滲入的強(qiáng)度，錳還能改進(jìn)表面質(zhì)量，但是太多的錳對(duì)延展性和可焊性不利。并會(huì)影響電鍍時(shí)鍍層的控制。

 

        鎳（Ni）：提高鋼件強(qiáng)度，改善低溫下的韌性，提高耐大氣腐蝕能力，并可保證穩(wěn)定的熱處理效果，減小氫脆的作用。

 

        鉻（Cr）：能提高可淬性，提高耐腐蝕能力，并有利于高溫下保持強(qiáng)度?？稍黾涌寡趸?，使品粒細(xì)化，增加強(qiáng)度，硬度和耐磨性。

 

        鉬（Mo）：能幫助控制可淬性，降低鋼對(duì)回火脆性的敏感性，對(duì)提高高溫下的抗拉強(qiáng)度有很大影響。

 

        硼（B）：能提高可淬性，并且有助于使低碳鋼對(duì)熱處理產(chǎn)生預(yù)期的反應(yīng)。

 

        礬（V）：細(xì)化奧氏體晶粒，改善韌性。

 

        硅（Si）：保證鋼件的強(qiáng)度，適當(dāng)?shù)暮靠梢愿纳其摷苄院晚g性。

 

        磷（P） 使鋼產(chǎn)生冷脆和降低鋼的沖擊韌性；但可改善鋼的切削性能。

 

        鋁（Al）脫氧，細(xì)化晶粒，增加鋼的強(qiáng)度硬度和耐磨性；有助于鋼的氮化，因而可提高鋼的熱穩(wěn)定性。

 

        鈦（Ti）可細(xì)化晶粒，降低鋼的過(guò)熱傾向性。能防止產(chǎn)生晶間腐蝕現(xiàn)象，Ti能與S作用，降低硫的熱脆作用。

 

        接下來(lái)進(jìn)入正題，我們來(lái)制定06Cr15Ni25Ti2MoAlVB加工路線(xiàn)：

 

        備料→固溶→冷鐓→再結(jié)晶退火→去應(yīng)力回火→切六角頭→搓絲→清洗→穩(wěn)定化處理→時(shí)效處理→著色上蠟。

 

        06Cr15Ni25Ti2MoAlVB制定預(yù)備熱處理和最終熱處理：

 

        該鋼中含有大量的奧氏體穩(wěn)定化元素，如鎳、鉻、鉬和鈮等合金元素，所以可在室溫下得到穩(wěn)定的奧氏體組織。理想的熱處理工藝是使該鋼獲得均勻分布的細(xì)晶奧氏體組織，具有良好的熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性，在高溫時(shí)強(qiáng)度和塑性的綜合力學(xué)性能較好，同時(shí)也能增強(qiáng)其抗腐蝕的能力。

 

        奧氏體不銹鋼在常溫下為奧氏體組織，沒(méi)有淬硬性，沒(méi)有相變點(diǎn)，加熱不會(huì)發(fā)生相變，故不能通過(guò)淬火和回火來(lái)改變其性能。這里采用固溶、再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火、穩(wěn)定化處理和時(shí)效處理工藝以改變其性能。

 

        1、預(yù)備熱處理：

 

        冷墩用耐熱06Cr15Ni25Ti2MoAlVB鋼絲牌號(hào)、化學(xué)成分符合GB/T 1221一2007或GB/T 14992一2005標(biāo)準(zhǔn)要求，固溶狀態(tài)交貨，室溫硬度≥200 HRW。為了達(dá)到M8螺栓絲坯尺寸功7.02一} 7.05 mm，必須經(jīng)過(guò)材料高溫拉拔，這時(shí)材料硬度可達(dá)到38 HRC以上，不能進(jìn)行冷加工成型，應(yīng)進(jìn)行固溶處理，以達(dá)到軟化目的。

 

        06Cr15Ni25Ti2MoAlVB固溶:

 

        所謂固溶處理，是指將合金加熱到高溫奧氏體區(qū)保溫，使過(guò)剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到過(guò)飽和固溶體的熱處理工藝。

 

        固溶處理是為了溶解基體內(nèi)碳化物、γ’相等以得到均勻的暈飽和固溶體，便于時(shí)效時(shí)重新析出顆粒細(xì)小、分布均勻的碳化物和γ’等強(qiáng)化相，同時(shí)消除由于冷熱加工產(chǎn)生的應(yīng)力，使合金發(fā)生再結(jié)晶。其次，固溶處理是為了獲得適宜的晶粒度，以保證合金高溫抗蠕變性能。固溶處理的溫度范圍大約在980~1250度之間，主要根據(jù)各個(gè)合金中相析出和溶解規(guī)律及使用要求來(lái)選擇，以保證主要強(qiáng)化相必要的析出條件和一定的晶粒度。對(duì)于長(zhǎng)期高溫使用的合金，要求有較好的高溫持久和蠕變性能，應(yīng)選擇較高的固溶溫度以獲得較大的晶粒度；對(duì)于中溫使用并要求較好的室溫硬度、屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度的合金，可采用較低的固溶溫度，保證較小的晶粒度。高溫固溶下理時(shí)，各種析出相都逐步溶解，同時(shí)晶粒長(zhǎng)大；低溫固溶處理時(shí)，不僅有主要強(qiáng)化相的溶解，而且可能有某些相的析出。對(duì)于過(guò)飽和度低的合金，通常選擇較快的冷卻速度；對(duì)于過(guò)飽和度高的合金，通常為空氣中冷卻。

 

         成品絲固溶溫度采用(990±10)℃保溫1.5h，然后水冷。固溶處理采用井式滲碳加熱爐RQ3-90-9D，通常耐熱鋼熱處理保護(hù)氣氛主要是氫氣，但氫氣難以購(gòu)買(mǎi)，一般可用放熱式氣氛或氮基氣氛，筆者采用甲醇20一40 d/min和氨氣0.15 L/h、或氮?dú)?.30 L/h保護(hù)，滴控式裝置控制(以下再結(jié)晶退火830一850℃加熱，穩(wěn)定化處理830一850℃加熱工序操作同)。

 

         該鋼材固溶處理加熱時(shí)多采用預(yù)熱或分段加熱，由于螺栓絲坯直徑較小，加上形狀簡(jiǎn)單，可在爐溫到達(dá)工藝溫度(約900℃加熱)時(shí)入爐。由于井式滲碳加熱爐分上、下區(qū)控溫，當(dāng)爐內(nèi)所有熱電偶指示溫度都達(dá)到工藝溫度(990 C)時(shí)，開(kāi)始計(jì)算保溫時(shí)間90 min 。

固溶處理就是將鋼加熱至高溫，使碳化物得到充分溶解，然后迅速冷卻，得到單一奧氏體組織。經(jīng)固溶處理后，硬度最低、塑性韌性良好，硬度在17一20 HRC，這時(shí)加工成型性能最好。固溶后不發(fā)生相變，處理后是過(guò)飽和的r-Fe固溶體。

 

         b)再結(jié)晶退火和去應(yīng)力退火:

 

         再結(jié)晶退火是經(jīng)冷形變后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持適當(dāng)時(shí)間，使形變晶粒重新結(jié)晶為均勻的等軸晶粒，以消除形變強(qiáng)化和殘余應(yīng)力的退火工藝。

 

         去應(yīng)力退火是為了去除由于塑性形變加工、焊接等造成的以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力（但不引起組織的變化）而進(jìn)行的退火。

冷墩成型后冷作硬化傾向比較大，必須進(jìn)行再結(jié)晶退火，溫度830一850 C、保溫2一3 h,使用設(shè)備RQ3-90-9D，采用甲醇20 w 40 dlmin和氨氣0.15 L/h或氮?dú)?.30 L/h保護(hù)。在該溫度下加熱時(shí)碳化物沿晶界及滑形線(xiàn)析出，硬度下降，后續(xù)再去應(yīng)力回火700--710度，保溫2--3 h，硬度在18-23 HRC o雖然比冷嫩后硬度只是有所下降，但由于奧氏體晶粒進(jìn)行再結(jié)晶退火后，在沖床切六角頭邊時(shí)容易斷屑，抗變形能力下降，提高模具壽命。

 

        2、最終熱處理工藝:

 

        06Cr15Ni25Ti2MoA1VB鋼合金元素鉻、鎳含量相對(duì)較低，故抗氧化溫度僅在800℃以下，但是含彌散強(qiáng)化相形成元素(V, A1, Ti)量相對(duì)較高，在固溶體基體上可形成化合物強(qiáng)化相，所以常用熱處理形式為固溶處理+時(shí)效。通過(guò)固溶處理，可使合金固溶強(qiáng)化;時(shí)效處理，可使合金析出細(xì)小強(qiáng)化相〔VC,Ni3A1, Ni3Ti , Ni3 ( A1.Ti ) ]碳化物，從而提高室溫和高溫強(qiáng)度。 在固溶處理后，螺栓經(jīng)過(guò)前幾道工序加工，為獲得一定數(shù)量的碳化物使鋼強(qiáng)化，必須進(jìn)行調(diào)整處理。這里采用830一850C穩(wěn)定化處理工藝，在此溫度范圍內(nèi)，Cr23C6碳化物將溶解，保溫Sh水冷或采用噴水冷卻，以快速通過(guò)析出碳化物的溫度區(qū)間，而TiC,VC碳化物仍然穩(wěn)定，由此提高螺栓的抗晶界腐蝕能力。

 

        不論經(jīng)過(guò)何種調(diào)整處理后，螺栓還需要進(jìn)行時(shí)效處理，它是使鋼強(qiáng)化的途徑，由固溶體中析出彌散碳化物質(zhì)點(diǎn)而使鋼硬度提高。時(shí)效溫度選擇690一710C，保溫12一16h空冷，。

 

        OCr15Ni25Ti2MoA1VB鋼固溶加時(shí)效處理后的顯微組織為:奧氏體+彌散化合物，化合物量約為2.5%。時(shí)效處理的溫度和保溫時(shí)間對(duì)最終力學(xué)性能影響甚小，時(shí)效處理溫度確定為700C X 12 h。

 

        由于熱處理的裝爐方式一般為散放推積方式，熱處理的有效尺寸的確定就不能按照單個(gè)工件的尺寸來(lái)考慮，有效尺寸按散放推積厚度計(jì)算。熱處理的爐型比較多，有鹽浴爐、連續(xù)爐、多用爐等爐型。加熱保溫系數(shù)a=1.2~1.5min/mm（連續(xù)爐），a=0.35~0.45min/mm（鹽浴爐）。在連續(xù)式電爐中的保護(hù)氣氛一般采用甲醇滴注氣氛。

 

        06Cr15Ni25Ti2MoAlVB熱處理檢驗(yàn)：

 

        由于熱處理不當(dāng)會(huì)引起一系列的熱處理缺陷，以致零件報(bào)廢，所以熱處理之后需要對(duì)零件進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，檢驗(yàn)內(nèi)容主要有：宏觀(guān)組織的檢驗(yàn)分析、微觀(guān)組織的檢驗(yàn)分析、力學(xué)性能的檢驗(yàn)分析、內(nèi)部組織的無(wú)損檢測(cè)、熱處理變形和開(kāi)裂等。

 

        如果發(fā)現(xiàn)零件不合格，需要對(duì)零件設(shè)計(jì)以及加工路線(xiàn)的制定進(jìn)行一定的調(diào)整，直到零件合格率達(dá)到一定的要求。

 

        成本經(jīng)濟(jì)性分析：

 

        當(dāng)數(shù)種工藝都能滿(mǎn)足使用要求時(shí)，應(yīng)該選用現(xiàn)有熱處理?xiàng)l件，例如設(shè)備、淬火介質(zhì)、工裝夾具等，做到工藝流程簡(jiǎn)化、生產(chǎn)效率高、能耗低、操作簡(jiǎn)單可靠。