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最新公告

 

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軸承鋼棒材生●産●[Chǎn]新技術
◈發◈布(Bù)時間:2015-3-11 
 

    有很大的軋制力和◇較◇大的機架▿結▿構尺寸,因此需要使用一◆種◆專用軋(Zhá)機。

  從而使軋[Zhá]制産品∆在∆鋸切或冷剪切這樣的後續加工過程中,不需要∆任∆何中間熱處理。所有(Yǒu)的試(Shì)驗研究全部在ABS鋼◆廠◆和達涅利試驗(Yàn)室進行。目前,在線退火處理和淬火回火(Huǒ)已在ABS鋼廠運行正常(Cháng)。

  ABS-Luna鋼◆廠◆年設計産能力(Lì)50萬t特殊[Shū]鋼,小時産能(Néng)90 t/h。産品規格(Gé)包括Φ20mm~Φ100mm直徑[Jìng]圓鋼棒材、40mm~100mm方鋼、符合(Hé)用戶要(Yào)求卷重的Φ15mm~Φ50mm直[Zhí]徑棒材大盤卷。生産(Chǎn)鋼[Gāng]種包括(Kuò)範圍廣泛[Fàn]的各類機械▲和▲汽車制造用鋼。連(Lián)鑄矩形坯規格為200mm×160mm,由一台●兩●流高速矩形坯連鑄機生産。◊軋◊(Zhá)機由17架緊湊式無牌坊∇機∇[Jī]○架○組成,采用連續式平-立無(Wú)活套布置,配備有機架快速更換裝◇置◇,可在5分鐘内完成産品生産規[Guī]格的更換。兩套換輥機械人設備可自動連接軋機◈與◈軋輥維修區。在軋[Zhá]輥維修區,新機架已經過清洗和重[Zhòng]新組裝,處于備用狀态(Tài)。∆為∆确保産品獲得良好的表面質量,軋制線配備5台除鱗設備。其[Qí]中第一台為回轉式(Shì),布置在軋機入口側[Cè]。産品最終尺寸加工精度 (可控制在DIN 1013規定公差的1/8範圍内),由一個5道次Kocks——達[Dá]涅利減徑定徑軋制機組 (RSB)和用于實現加工精度自[Zì]動控制的兩個外形輪廓自動檢測儀來保證。在RSB減定徑機組前面,設有一條冷卻[Què]線,用于确保軋件∆在∆進入[Rù]最終精軋區之前,達到所要[Yào]求的(De)○溫○[Wēn]度範圍,并保證溫度(Dù)均勻性 (LTR-低溫軋○制○)。

  長(Zhǎng)材産品低溫軋制意味◆着◆精軋溫度應控制在700℃~820℃範○圍○内。而且更重要的是要确[Què]保正在軋制的[De]軋件具▽有▽(Yǒu)良好的均勻性,以避免因◊精◊軋溫度變化而改變○材○料内部組織。

  低⋄溫⋄軋制工藝要求軋件獲得細晶粒[Lì]顯微組織,以便為◊最◊終在[Zài]線熱處理做好組織準備。軋制溫(Wēn)度是三個基本軋制▿參▿數[Shù]中的一個,它在整個熱變形(Xíng)過程中,▾将▾影響晶粒組織細化(Huà)的各個階段。晶粒組織(Zhī)細化和晶粒生長(Zhǎng)控制(Zhì)是低溫(Wēn)軋制∇工∇藝采用(Yòng)的主要手段。◇它◇能夠影(Yǐng)響(Xiǎng)時∆間∆-溫度轉變曲線 (如CCT曲線位置),改變晶界長度,從而改變形核位置。其中溫度是影響◈整◈[Zhěng]個工藝過程最重要的熱力學參數[Shù]。

  晶粒細化過程可分為不同的[De]階段,雖然不●同●階段也(Yě)可○能○出現在同◆一◆時間。原始晶粒變∇形∇将有增加錯位密度的趨勢,能夠在新生晶粒邊○界○形◊成◊[Chéng]晶核。▿新▿晶粒邊界的消失和再[Zài]生與實際[Jì]溫度密[Mì]切相關。新◊晶◊◈粒◈的形成和生長(Zhǎng)是一個熱力學過程。在不同的階段(Duàn),會∆發∆生[Shēng]恢複、靜态再◇結◇晶和動态再結晶,從而影響流動應力曲線。最後,晶粒(Lì)生長呈現一(Yī)種趨勢,那就是使晶界能[Néng]量最小。正如▽衆▽(Zhōng)所周知的各種不同化學成份(Fèn)的理(Lǐ)論模型所闡述的[De]那樣,●關●(Guān)鍵溫度決定着晶粒細化[Huà]條件和完全再結晶晶粒[Lì]生[Shēng]長結構之間的分界⋄線⋄。随着碳(Tàn)含量的(De)減少,這[Zhè]種[Zhǒng]效應就會變得更加明顯。對于16MnCr這[Zhè]◊樣◊的鋼種來說,可以很容易地得到晶粒細化◊超◊[Chāo]過40%的顯微(Wēi)組織。

  實際[Jì]應用中,确保軋制産(Chǎn)品在整◇個◇橫斷面[Miàn]上保◆持◆在規定◇的◇溫度[Dù]範圍内具▲有▲十[Shí]分重要的意義。特别是當軋件表面溫度低于臨◈界◈[Jiè]溫(Wēn)度[Dù]值,而芯部溫度仍然在較高的溫度範圍内時,将有可[Kě]能形成(Chéng)一種非均勻的最終[Zhōng]組織,其中包括晶粒大小和所組成的[De]▲相▲。

  ONA退火室與冷床(Chuáng)布置在一條線上(Shàng),退火室包括一座煤氣爐。棒材層被輸[Shū]送到退火室内,目的是對從軋[Zhá]機區已經開始的熱處理進行到底 (緩冷、軟化退火[Huǒ]、球化[Huà]退火、回火)。采用[Yòng]最(Zuì)優化布(Bù)置的燒嘴和使用能夠均勻(Yún)冷卻的一組對流風機,可确保退(Tuì)火爐内溫度布置均勻一緻,從而不僅能夠保[Bǎo]證完全不會出現脫碳[Tàn]現象,而且可确保在∆棒∆[Bàng]材長度方向上,以(Yǐ)及(Jí)各個棒材之間(Jiān),獲得均勻[Yún]一緻的(De)機械性能。

  棒材經過定尺切割後,将進入整個在(Zài)線生産工藝過程中的▲最▲後兩道重(Zhòng)要的生産工序,即在∇線∇[Xiàn]檢查和精整。棒材精∆整∆(Zhěng)作業線由一台在線噴丸清理機、4台砂◇輪◇鋸、一(Yī)個NDT無損⋄檢⋄(Jiǎn)查站、一個棒材去毛刺站、一個堆垛(Duǒ)站、多台打捆機和一[Yī]個最終▾收▾集站組成。

  本試(Shì)驗研[Yán]究的鋼種是最常見的軸承鋼AISI52100。∇此∇外,ONA退火(Huǒ)爐還對(Duì)範圍廣泛的[De]各類合金[Jīn]鋼進行∆了∆熱處理,其中包括退火和回火處理。

  棒材在ONA退火∆室∆内的移動,由步進梁式輸送器完(Wán)成。步進梁▾采▾(Cǎi)用特殊的超(Chāo)耐熱合金鋼[Gāng]制造,内部▽沒▽有通水冷卻,而且設有一個專用機構(Gòu),使棒材在(Zài)熱◆處◆[Chù]理過程中不斷翻轉,從而可有效●避●免産品表(Biǎo)面形成黑(Hēi)印。∇燒∇嘴的合理布置,再加上專用大功率◊冷◊卻風機,可确保[Bǎo]退火爐内溫度分布(Bù)▾均▾勻。燒嘴功率通過布(Bù)置在每個[Gè]加熱區的(De)高溫(Wēn)計實[Shí]現的負反饋進∇行∇控制。

  考慮到ONA退火室采[Cǎi]用模塊◇結◇[Jié]構形式,模塊基本長[Zhǎng]度為25m,因此,▾可▾容納25m、50m,直到最大[Dà]長度為75m的棒材,在對Cr/CrMo鋼進行等溫退火∇時∇,其最大連續[Xù]退火能力可高達125 t/h。ABS Luna▲鋼▲廠ONA退火室總長度為[Wéi]50m,以滿足90 t/h◇的◇設計能力要求。9個不(Bú)同的縱向區和兩個橫(Héng)向區,∆可∆(Kě)有效控制退火爐内氣氛溫度。9個區内配備有雙燒[Shāo]嘴和一▾個▾強制對流風扇,以使爐(Lú)内氣流分布均◇勻◇。該裝置可通過兩種方式促使室内∆空∆氣循環,既可以将熱空氣推向ONA退火室入口區 (順▽時▽針空氣循環),也可(Kě)以實現反向循環,為位于熱處理爐(Lú)中部的棒材提供●更●多的熱量。這樣,就可以為滿足特[Tè]定的熱處理工[Gōng]藝要求,形成需要[Yào]的(De)溫[Wēn]度梯度分布。

  對于高碳鉻鋼來(Lái)說,熱軋産(Chǎn)品材料硬(Yìng)度要高于320HB,而這樣的(De)硬度則不▾适▾合所有的下(Xià)列作業,如冷剪、鋸切等。●考●(Kǎo)慮(Lǜ)到珠光體組織(Zhī)強度主要▾取▾(Qǔ)決于(Yú)鐵素體與碳化(Huà)物之間的層間距,▾因▾此,要減小軋件在軋制狀态下的硬度,▽一▽[Yī]種可行的方法是拓寬層間距[Jù]。可以通過[Guò]兩種不同途徑來實現。第一種方法是增加成核點,細化奧氏體晶粒組織[Zhī],以使[Shǐ]相變能夠在較短[Duǎn]的時[Shí]間内,在較▿高▿[Gāo]的溫度(Dù)下開(Kāi)始。第二種降低冷卻速率,使材○料○保持在(Zài)較高的溫度範圍内,以便有可能增[Zēng]大層間距。選擇一種或○同○(Tóng)時采用上述(Shù)兩種方法,都有可能降低材料硬度,改善材料的冷(Lěng)剪切或鋸切(Qiē)性能和條件。然[Rán]而遺憾的(De)是,對硬化層深[Shēn]度和滾動接觸疲⋄勞⋄(Láo)強度的最終◆要◆(Yào)求,在很大程度上[Shàng]受到原始組織的影響。考慮◇到◇這個原因,因此有必要(Yào)開發一種新的(De)方▾法▾,能夠在不影響材料最終機械性⋄能⋄的條件下,降低材料硬度。

  AISI52100軸承鋼碳含量為1%,鉻含量1.5 %,通常以球[Qiú]化退火或軟化(Huà)退⋄火⋄狀态供貨。球化退火狀态的材料顯微組織,非常适◊合◊于象鑽孔和切削(Xuē)這樣的機械加工。事實上[Shàng],帶有球狀碳化物、連續分布◆的◆鐵[Tiě]素▲體▲組織,對(Duì)于此[Cǐ]類鋼種來說,具有最好的延展性。這種組織可确保在軸承元件經過最終硬[Yìng]化∇處∇理後(Hòu),獲得[Dé]适中[Zhōng]的硬度和良好的抗[Kàng]疲勞破壞性能[Néng]。經過這種熱▿處▿(Chù)理後的硬[Yìng]度标準值應為200HB。當▿鋼▿(Gāng)材以軟化退火狀态供貨(Huò)時,其硬度[Dù]應高于200HB,以便順利完成剪切,●而●不(Bú)會産生(Shēng)裂紋[Wén]和降低剪(Jiǎn)切刀具使[Shǐ]用壽命。球化退火工[Gōng]藝用[Yòng]時較長,◇成◇○為○∇生∇産成本最高的一[Yī]種退火工藝。其原因包括:①整個退火時間較[Jiào]長;②大量的[De]棒材捆◇搬◇運輸送[Sòng]作業,造成較(Jiào)多∆的∆時⋄間⋄[Jiān]損○失○;③由于氧化鐵皮生(Shēng)成而造成材料損失;④存在●表●(Biǎo)面脫碳現象;⑤需要在退火後進行棒材矯直。

  通過試驗表明,等(Děng)溫形成的一種不可分解的珠光體∆或∆貝氏體組織,◈可◈在退火[Huǒ]過程中形成一種更快、而且更(Gèng)均勻的碳化物球化過程。為縮短退火時間,應形成(Chéng)一種組織,它能夠縮短◊擴◊散距離,從而更有利于促[Cù]進碳化物球化過程。這種組(Zǔ)織應◇該◇是一種最細小(Xiǎo)緻密的組織(Zhī),可通過快速冷○卻○[Què],或⋄者⋄◇在◇低溫條件的等溫轉◈變◈來形成。試驗研究的▿主▿要目的(De)是完善[Shàn]軋(Zhá)制工藝,确定冷卻路[Lù]徑和退火工藝[Yì],而不需要材料[Liào]的(De)任何中間存放[Fàng]。

  第一次▾試▾◆驗◆軋制▿用▿(Yòng)坯料是由連(Lián)鑄機生産的200mm×160mm矩形坯,冷(Lěng)卻到室溫(Wēn)後,再○冷○(Lěng)裝到步進梁式加熱爐内。

  隻有●當●精軋溫度降低到720℃時,晶粒▿大▿(Dà)小才[Cái]有明顯變化。現在(Zài)○來○說在較(Jiào)低溫度(Dù)軋制,并在冷床上○空○冷的棒(Bàng)材,材料表現[Xiàn]出較高的(De)硬度。其主[Zhǔ]◊要◊原因很可能與珠光體晶粒細化有關。考慮到◊進◊[Jìn]入ONA退火室的目标溫度為450℃~500℃,晶粒[Lì]細化有助于獲得(Dé)細小緻密的貝氏體組織,因此将這一溫度确定為RSB減徑定徑軋制機組标準精軋溫度。

  第二次試驗在RSB▲減▲[Jiǎn]徑定▲徑▲軋制機組選◊擇◊處于中間值的精軋溫度,然後在棒材[Cái]進(Jìn)入冷床之前,由DQS直接淬火系統進(Jìn)行快速冷卻。這就是确保(Bǎo)在細化[Huà]晶[Jīng]粒的同時,獲得較●高●[Gāo]硬度值的保證條件。

  試驗結果

  在試驗過程中,選◆擇◆[Zé]了不同的熱處理(Lǐ)工藝進[Jìn]行試驗。試驗的(De)首要目标[Biāo]是獲得一[Yī]種可接受的球化組織,其(Qí)硬度低于200HB,擁有規則分[Fèn]布的碳化∇物∇,而不是呈任何厚片[Piàn]狀或殘◊餘◊薄片狀分布的碳化物。

  考(Kǎo)○慮○到[Dào]合金鋼種的(De)整個(Gè)範圍,為了确▿保▿晶粒得(Dé)到顯著細▾化▾,◈給◈定了與精▲軋▲▿機▿總壓下量密切(Qiē)相關的溫度範圍。對▿于▿碳鋼、C-Mn鋼和C-Cr鋼,720℃~800℃的溫度範圍 (當碳含[Hán]量降低時(Shí),溫[Wēn]度相應(Yīng)提高)應該是一[Yī]個(Gè)最佳值。此時,要求(Qiú)最小斷面收縮率應達∆到∆[Dào]25%。可以肯定的是,應變率将影響再結晶過程和(Hé)溫度升高。此時(Shí)應盡可能提[Tí]高軋制速度,從∆而∆增▿大▿應變率;而最大軋制道次數則是增加壓(Yā)下量的限制因(Yīn)素。

  至于ONA退[Tuì]火室設定溫度如(Rú)何(Hé)選擇,其目标是最大限[Xiàn]度地縮◈短◈獲得所需顯(Xiǎn)微組織的熱處理時間[Jiān]。對于含鉻軸(Zhóu)承鋼來說[Shuō],提高[Gāo]退火溫度并不能總是∇保∇(Bǎo)證能夠縮短熱(Rè)處理時間。因為有可能▲産▲生粗大的碳化物顆[Kē]粒,而且最終組織會出現一(Yī)種非均勻的碳化物分布。重要的是在退火初期,要擁有許多成[Chéng]核(Hé)位置,而(ér)碳化物則出現在小(Xiǎo)而分散的多[Duō]個地●方●[Fāng]。

  各種組織的最終HB硬度,變化似乎并不太[Tài]大。這是因為存在這◆樣◆一個事實,所有分析樣本的球化率,總(Zǒng)是高于80%,隻有某些[Xiē]轉變組[Zǔ]織沒有經過充[Chōng]分細(Xì)化的情況除○外○。

  目前,達[Dá]涅利已經開發一套完整的AISI52100不▲鏽▲(Xiù)鋼熱處理▲工▲藝,以▿完▿(Wán)善直接從軋機開始的球化退火。精(Jīng)軋溫度、▿等▿[Děng]溫轉變(Biàn)啟始▲溫▲度(Dù),以及退火溫度和時間等工●藝●參數均得◇到◇優化,從[Cóng]而使材料[Liào]内部組織的球◇化◇率大于80%,而(ér)最終[Zhōng]硬度則低于220HB。ONA退火室目▾前▾已投入到實際生産中,∆用∆于∆等∆[Děng]溫退火和[Hé]回火(Huǒ),從[Cóng]而使整個熱處理周期縮短到隻用2個小時,而▽且▽在∇材∇(Cái)料[Liào]硬度和碳化物分(Fèn)布方面,均得到[Dào]令人滿意的結果。

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