Как повысить твердость горячештампованного отвода из углеродистой стали

Повышение твердости отводов из углеродистой стали, изготовленных методом горячей штамповки, требует комплексного подхода к выбору материала, оптимизации технологии обработки и последующей термообработки. Ниже приведены конкретные планы и меры предосторожности:

1. Оптимизация выбора материала

Выбирайте высокоуглеродистую или легированную сталь: чем выше содержание углерода (например, средне-высокоуглеродистая сталь 45#, 55#), тем выше потенциальная твердость. Добавление легирующих элементов (таких как Cr, Mo, V) может измельчать зерна и образовывать карбиды, значительно повышая твердость и износостойкость.

Примечание: Высокоуглеродистая сталь плохо сваривается, поэтому следует избегать риска образования трещин; Легированная сталь имеет более высокую стоимость.

2. Контроль параметров процесса горячего прессования

Контроль температуры нагрева: Избегайте чрезмерно высоких температур (обычно поддерживаемых на уровне 30–50 °C выше Ac3), чтобы предотвратить укрупнение зерна.

Оптимизация скорости охлаждения: Быстрое охлаждение (например, водяное или воздушное охлаждение) используется после формования для формирования мелкозернистой структуры (например, перлита или бейнита).

Контроль деформации: правильное увеличение деформации может измельчить зерна и повысить твердость.

3. Процесс термической обработки

Нормализация:

Нагрейте колено до температуры на 30~50℃ выше Ac3, поддерживайте его в тепле, а затем охладите на воздухе для измельчения зерен и улучшения однородности при умеренной твердости.

Закалка и отпуск:

Закалка: Нагрев выше критической температуры (например, сталь 45 нагревается до 840~860 ℃), закалка в воде или масле для получения мартенсита высокой твердости.

Закалка: Низкотемпературный отпуск (150~250℃) сохраняет высокую твердость, а средне- и высокотемпературный отпуск (350~600℃) обеспечивает баланс между прочностью и твердостью.

Применимые сценарии: условия работы, требующие высокой износостойкости, но следует уделять внимание рискам деформации и растрескивания.

Индукционная закалка: быстро нагрейте и закалите поверхность локтя для достижения локальной высокой твердости при сохранении внутренней прочности.

4. Поверхностная закалка

Цементация/азотирование:

Цементация (применимо к низкоуглеродистой стали): поверхностная цементация с последующей закалкой, твердость поверхности достигает HRC58-62.

Азотирование: на поверхности образуется нитридный слой, обладающий высокой твердостью и коррозионной стойкостью (закалка не требуется, деформация незначительна).

Дробеструйная обработка: повышает твердость поверхности за счет холодной обработки давлением и улучшает усталостную прочность.

5. Легирование и контроль микроструктуры

Микролегирование: добавление таких элементов, как Nb и Ti, может замедлить рост зерна и улучшить общие характеристики.

Контроль конечной температуры прокатки: После горячего прессования быстрое охлаждение до зоны бейнитного превращения для получения бейнитной структуры высокой твердости.

Меры предосторожности

Баланс между твердостью и прочностью: чрезмерное повышение твердости может привести к хрупкому разрушению, поэтому температуру отпуска следует выбирать в соответствии с условиями работы.

Контроль деформации: Во время термообработки следует использовать приспособления для уменьшения деформации. Для отводов сложной формы предпочтительнее использовать азотирование или дробеструйную обработку.

Обработка после сварочного ремонта: После сварки требуется повторная термическая обработка, чтобы избежать размягчения зоны термического влияния.

Рекомендуемое решение

Обычные условия работы: нормализация (низкая стоимость, простой процесс).

Высокие требования к износостойкости: закалка + низкотемпературный отпуск или поверхностная цементация.

Антикоррозионная + износостойкая: азотирование (например, процесс QPQ).

Бюджетно: дробеструйная обработка и холодная закалка.

С помощью вышеописанного метода можно повысить твердость отводов из углеродистой стали до HRC25-60 (в зависимости от конкретного процесса). Рекомендуется провести испытание небольшой партии для проверки параметров процесса.