06Cr15Ni25Ti2MoAlVB耐热螺栓件热处理工艺

06Cr15Ni25Ti2MoAlVB耐热螺栓件热处理工艺


       我们都知道，用06Cr15Ni25Ti2MoAlVB生产制作的螺栓为耐热螺栓，为了让06Cr15Ni25Ti2MoAlVB螺栓达到特定的性能要求，就必须对它进行相关的热处理工艺，这时候，就是考验热处理工艺是否成熟。

 

        当然，在将这个问题之前，我们要知道耐热螺栓的一般服役条件，我们一般了解到，螺栓是一类有齿牙的连接副，耐热螺栓既要承受高温、交变载荷，又要在相当大的程度上保持预紧力和耐疲劳强度的情况条件下使用，同时其还要在600摄氏度左右的高温条件下持续工作。

 

       关于性能要求具体来说又可以说成是要求具有在高温下能保持较高的强度硬度以及良好的韧性，要有高的抗松弛性和高温稳定性、足够的强度、低的缺口敏感性、一定的持久强度、小的蠕变脆化倾向和良好的抗氧化性，高的耐疲劳性。最终处理后硬度28-33 HRC，σb≥950MPa ,σS≥800MPa。

 

        接下来我们也顺便来认识下06Cr15Ni25Ti2MoAlVB这款材料。它与各国的牌号对照关系如下：

 

        中国GB/JB标号:06Cr15Ni25Ti2MoAlVB；日本JIS标号:SUH660；美国AISI标号:660；美国ASTM标号:K66286；法国AFNOR标号:Z6NCTDV25.15B（NF）。

 

        06Cr15Ni25Ti2MoAlVB力学性能如下：抗拉强度σb(MPa)：≥900；屈服强度σ0.2(MPa)：≥590；伸长率δ5(％)：≥15；断面收缩率ψ(％)：≥18；硬度:≥248HB。

 

         06Cr15Ni25Ti2MoAlVB热处理规范：固溶885～915℃或965～995℃快冷;时效700～760℃,16h空冷或缓冷。金相组织：组织特征为奥氏体型。

 

         06Cr15Ni25Ti2MoAlVB是奥氏体型耐热不锈钢，也可称为高温合金。该钢退火状态下塑性和韧性较好，可以进行冷镦成形，切削加工性能和热处理性能良好，可使用到650-700℃，用于耐热、耐腐蚀的受力的螺栓完全可行，具有高强度、高抗松弛性、低缺口敏感性、一定的持久强度、良好的抗氧化性。

 

         奥氏体型不锈钢06Cr15Ni25Ti2MoAlVB钢可作为耐热钢使用，这是由于奥氏体的再结晶温度高，铁和其它元素的原子在其中的扩散系数小，故其强化稳定性比铁素体高，用于工作温度高于650℃的耐热紧固件多系奥氏体材料，是以奥氏体型不锈钢为基础添加一些热强性的合金元素而成。它们既有优良的耐蚀性，也有相当好的耐热性能。

 

         06Cr15Ni25Ti2MoAlVB钢含有大量的奥氏体稳定化元素，如铬、镍、钼、钛等合金元素。铬、镍在奥氏体型耐热钢中，能提高其抗氧化性；钼能提高奥氏体型钢的热强性；钛是比铬更易与碳结合形成稳定碳化物的元素，钛含量1.90%可以使大部分的碳存在于钛的碳化物之中，从而改善钢的抗晶间腐蚀能力。合金添加中有Al等元素，这种材料经过高温处理，并进行长时间的时效后，在组织中析出一种弥散的金属化合物，从而使该材料的抗拉强度提高。

 

        一个材料的性能很大一部分来自于其自身的成分结构配比，现在龙拓金属模具钢客服就带您来了解06Cr15Ni25Ti2MoAlVB不锈钢中各个元素所起到的作用。

 

        碳（C）：提高钢件强度，尤其是其热处理性能，但随着含碳量的增加，塑性和韧性下降，并会影响到钢件的冷镦性能及焊接性能。含量过高会降低其延展性和耐蚀性。

 

        锰（Mn）：提高钢件强度，并在一定程度上提高可淬性。即在淬火时增加了淬硬渗入的强度，锰还能改进表面质量，但是太多的锰对延展性和可焊性不利。并会影响电镀时镀层的控制。

 

        镍（Ni）：提高钢件强度，改善低温下的韧性，提高耐大气腐蚀能力，并可保证稳定的热处理效果，减小氢脆的作用。

 

        铬（Cr）：能提高可淬性，提高耐腐蚀能力，并有利于高温下保持强度。可增加抗氧化性，使品粒细化，增加强度，硬度和耐磨性。

 

        钼（Mo）：能帮助控制可淬性，降低钢对回火脆性的敏感性，对提高高温下的抗拉强度有很大影响。

 

        硼（B）：能提高可淬性，并且有助于使低碳钢对热处理产生预期的反应。

 

        矾（V）：细化奥氏体晶粒，改善韧性。

 

        硅（Si）：保证钢件的强度，适当的含量可以改善钢件塑性和韧性。

 

        磷（P） 使钢产生冷脆和降低钢的冲击韧性；但可改善钢的切削性能。

 

        铝（Al）脱氧，细化晶粒，增加钢的强度硬度和耐磨性；有助于钢的氮化，因而可提高钢的热稳定性。

 

        钛（Ti）可细化晶粒，降低钢的过热倾向性。能防止产生晶间腐蚀现象，Ti能与S作用，降低硫的热脆作用。

 

        接下来进入正题，我们来制定06Cr15Ni25Ti2MoAlVB加工路线：

 

        备料→固溶→冷镦→再结晶退火→去应力回火→切六角头→搓丝→清洗→稳定化处理→时效处理→着色上蜡。

 

        06Cr15Ni25Ti2MoAlVB制定预备热处理和最终热处理：

 

        该钢中含有大量的奥氏体稳定化元素，如镍、铬、钼和铌等合金元素，所以可在室温下得到稳定的奥氏体组织。理想的热处理工艺是使该钢获得均匀分布的细晶奥氏体组织，具有良好的热强性和热稳定性，在高温时强度和塑性的综合力学性能较好，同时也能增强其抗腐蚀的能力。

 

        奥氏体不锈钢在常温下为奥氏体组织，没有淬硬性，没有相变点，加热不会发生相变，故不能通过淬火和回火来改变其性能。这里采用固溶、再结晶退火、去应力退火、稳定化处理和时效处理工艺以改变其性能。

 

        1、预备热处理：

 

        冷墩用耐热06Cr15Ni25Ti2MoAlVB钢丝牌号、化学成分符合GB/T 1221一2007或GB/T 14992一2005标准要求，固溶状态交货，室温硬度≥200 HRW。为了达到M8螺栓丝坯尺寸功7.02一} 7.05 mm，必须经过材料高温拉拔，这时材料硬度可达到38 HRC以上，不能进行冷加工成型，应进行固溶处理，以达到软化目的。

 

        06Cr15Ni25Ti2MoAlVB固溶:

 

        所谓固溶处理，是指将合金加热到高温奥氏体区保温，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。

 

        固溶处理是为了溶解基体内碳化物、γ’相等以得到均匀的晕饱和固溶体，便于时效时重新析出颗粒细小、分布均匀的碳化物和γ’等强化相，同时消除由于冷热加工产生的应力，使合金发生再结晶。其次，固溶处理是为了获得适宜的晶粒度，以保证合金高温抗蠕变性能。固溶处理的温度范围大约在980~1250度之间，主要根据各个合金中相析出和溶解规律及使用要求来选择，以保证主要强化相必要的析出条件和一定的晶粒度。对于长期高温使用的合金，要求有较好的高温持久和蠕变性能，应选择较高的固溶温度以获得较大的晶粒度；对于中温使用并要求较好的室温硬度、屈服强度、拉伸强度、冲击韧性和疲劳强度的合金，可采用较低的固溶温度，保证较小的晶粒度。高温固溶下理时，各种析出相都逐步溶解，同时晶粒长大；低温固溶处理时，不仅有主要强化相的溶解，而且可能有某些相的析出。对于过饱和度低的合金，通常选择较快的冷却速度；对于过饱和度高的合金，通常为空气中冷却。

 

         成品丝固溶温度采用(990±10)℃保温1.5h，然后水冷。固溶处理采用井式渗碳加热炉RQ3-90-9D，通常耐热钢热处理保护气氛主要是氢气，但氢气难以购买，一般可用放热式气氛或氮基气氛，笔者采用甲醇20一40 d/min和氨气0.15 L/h、或氮气0.30 L/h保护，滴控式装置控制(以下再结晶退火830一850℃加热，稳定化处理830一850℃加热工序操作同)。

 

         该钢材固溶处理加热时多采用预热或分段加热，由于螺栓丝坯直径较小，加上形状简单，可在炉温到达工艺温度(约900℃加热)时入炉。由于井式渗碳加热炉分上、下区控温，当炉内所有热电偶指示温度都达到工艺温度(990 C)时，开始计算保温时间90 min 。

固溶处理就是将钢加热至高温，使碳化物得到充分溶解，然后迅速冷却，得到单一奥氏体组织。经固溶处理后，硬度最低、塑性韧性良好，硬度在17一20 HRC，这时加工成型性能最好。固溶后不发生相变，处理后是过饱和的r-Fe固溶体。

 

         b)再结晶退火和去应力退火:

 

         再结晶退火是经冷形变后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力的退火工艺。

 

         去应力退火是为了去除由于塑性形变加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力（但不引起组织的变化）而进行的退火。

冷墩成型后冷作硬化倾向比较大，必须进行再结晶退火，温度830一850 C、保温2一3 h,使用设备RQ3-90-9D，采用甲醇20 w 40 dlmin和氨气0.15 L/h或氮气0.30 L/h保护。在该温度下加热时碳化物沿晶界及滑形线析出，硬度下降，后续再去应力回火700--710度，保温2--3 h，硬度在18-23 HRC o虽然比冷嫩后硬度只是有所下降，但由于奥氏体晶粒进行再结晶退火后，在冲床切六角头边时容易断屑，抗变形能力下降，提高模具寿命。

 

        2、最终热处理工艺:

 

        06Cr15Ni25Ti2MoA1VB钢合金元素铬、镍含量相对较低，故抗氧化温度仅在800℃以下，但是含弥散强化相形成元素(V, A1, Ti)量相对较高，在固溶体基体上可形成化合物强化相，所以常用热处理形式为固溶处理+时效。通过固溶处理，可使合金固溶强化;时效处理，可使合金析出细小强化相〔VC,Ni3A1, Ni3Ti , Ni3 ( A1.Ti ) ]碳化物，从而提高室温和高温强度。 在固溶处理后，螺栓经过前几道工序加工，为获得一定数量的碳化物使钢强化，必须进行调整处理。这里采用830一850C稳定化处理工艺，在此温度范围内，Cr23C6碳化物将溶解，保温Sh水冷或采用喷水冷却，以快速通过析出碳化物的温度区间，而TiC,VC碳化物仍然稳定，由此提高螺栓的抗晶界腐蚀能力。

 

        不论经过何种调整处理后，螺栓还需要进行时效处理，它是使钢强化的途径，由固溶体中析出弥散碳化物质点而使钢硬度提高。时效温度选择690一710C，保温12一16h空冷，。

 

        OCr15Ni25Ti2MoA1VB钢固溶加时效处理后的显微组织为:奥氏体+弥散化合物，化合物量约为2.5%。时效处理的温度和保温时间对最终力学性能影响甚小，时效处理温度确定为700C X 12 h。

 

        由于热处理的装炉方式一般为散放推积方式，热处理的有效尺寸的确定就不能按照单个工件的尺寸来考虑，有效尺寸按散放推积厚度计算。热处理的炉型比较多，有盐浴炉、连续炉、多用炉等炉型。加热保温系数a=1.2~1.5min/mm（连续炉），a=0.35~0.45min/mm（盐浴炉）。在连续式电炉中的保护气氛一般采用甲醇滴注气氛。

 

        06Cr15Ni25Ti2MoAlVB热处理检验：

 

        由于热处理不当会引起一系列的热处理缺陷，以致零件报废，所以热处理之后需要对零件进行抽样检验，检验内容主要有：宏观组织的检验分析、微观组织的检验分析、力学性能的检验分析、内部组织的无损检测、热处理变形和开裂等。

 

        如果发现零件不合格，需要对零件设计以及加工路线的制定进行一定的调整，直到零件合格率达到一定的要求。

 

        成本经济性分析：

 

        当数种工艺都能满足使用要求时，应该选用现有热处理条件，例如设备、淬火介质、工装夹具等，做到工艺流程简化、生产效率高、能耗低、操作简单可靠。