回火熱處理在復(fù)合消音鋸片加工過程中的影響和作用

夏昌龍,韓 濤,張 露,方發(fā)強

(黑旋風鋸業(yè)股份有限公司,湖北 宜昌 443003)

金剛石圓鋸片廣泛應(yīng)用于石材、混凝土和金屬等建材切割領(lǐng)域,隨著全球環(huán)保要求的不斷提高,世界各國的噪聲控制措施趨向嚴格,因此作為環(huán)保消音的復(fù)合消音鋸片也得到越來越多的關(guān)注和推廣。為更好地搶占市場先機和拓展更多應(yīng)用領(lǐng)域,鋸片基體生產(chǎn)廠家也不斷對復(fù)合消音鋸片的加工工藝進行了創(chuàng)新和改進。

點焊是復(fù)合消音鋸片基體加工過程中的關(guān)鍵工序,是保證質(zhì)量水平的重點控制環(huán)節(jié)。該工序不僅要考慮焊點數(shù)量及位置分布以保證焊接的強度,還要兼顧焊接熱應(yīng)力對基體產(chǎn)生的形變。從點焊焊接的整個原理來看點焊時的高溫必然會產(chǎn)生熱變形,即使將各種焊接參數(shù)進行多次的優(yōu)化,例如通過比較穩(wěn)定的電流和逆變高頻率減少焊接的時間,以及采用先進的逆變直流變頻點焊機替代傳統(tǒng)的交流點焊機等手段,點焊過程中仍會產(chǎn)生較大的熱變形,因此從某種意義上來說點焊熱變形是不可避免的。

由于復(fù)合消音鋸片點焊工序的熱變形不可避免,如何消除焊接后的熱變形成為重點研究方向。傳統(tǒng)的熱處理回火工序一般是合金鋼材料淬火后的必要工序,通過回火熱處理來降低材料的脆性和消除殘余應(yīng)力,從而改善合金鋼材料的變形,最終達到提高材料強度、降低硬度和增加塑性及韌性等機械綜合性能的效果。對于復(fù)合消音鋸片基體而言,通過回火處理減小點焊過程中產(chǎn)生的熱變形,同時要保證硬度和抗拉強度等性能指標,這樣才能使后續(xù)加工工序正常進行。如果點焊后鋸片的熱變形得不到很好的改善,后期工序處理鋸片基體的平面度和端跳等指標時就要通過反復(fù)的錘擊校正,而過多的校正容易出現(xiàn)鼓包、脫焊及表面的外觀質(zhì)量差等問題。因此回火工藝在復(fù)合消音鋸片加工過程中的控制是本文研究的重點內(nèi)容。

對于點焊前后復(fù)合消音鋸片的一次回火和二次回火工藝參數(shù)而言,回火溫度和回火保溫時間是關(guān)鍵因素。回火溫度越高,消除熱應(yīng)力的效果越好[1],回火后鋸片的平面度越好(裝夾方式也很重要);但回火溫度過高,鋸片基體的強度反而大大的降低,最終出現(xiàn)鋸片基體硬度下降、抗拉強度降低甚至出現(xiàn)軟片的問題;反之,回火溫度過低會達不到熱應(yīng)力完全消除的要求,導(dǎo)致熱變形得不到有效解決,出現(xiàn)校正困難及上文列出的系列問題。本文對不同材質(zhì)鋸片基體的回火工藝進行研究,檢測了回火后基體平面度和硬度值,分析了點焊后二次回火對鋸片基體熱應(yīng)力消除的影響。

1 試驗材料及方法

試驗材料為50Mn2V和30CrMo鋼,其化學成分如表1所示。

表1 試驗材料的化學成分(質(zhì)量分數(shù),%)

選取3片尺寸為φ340 mm×50 mm×2.6 mm的點焊高頻復(fù)合圓板(材質(zhì)50Mn2V),試樣編號分別為1#、2#、3#,回火前檢測50Mn2V試樣的平面度和硬度值。另外選取3片尺寸為φ390 mm×60 mm×3.2 mm的點焊激光復(fù)合圓板(材質(zhì)30CrMo) ,試樣編號分別為4#、5#、6#,回火前檢測30CrMo試樣的平面度和硬度值。6片試樣分別進行不同的回火工藝熱處理,回火工藝如表2所示。

表2 回火前50Mn2V和30CrMo試樣的平面度和硬度值

2 試驗結(jié)果

2.1 回火后的平面度和硬度值

經(jīng)不同回火工藝熱處理后檢測試樣的平面度和硬度值,結(jié)果如表3所示。

表3 回火后試樣的平面度和硬度值

2.2 回火后的金相組織

經(jīng)不同回火工藝熱處理后觀察試樣的金相組織,如圖1所示。

(a,b) 1#試樣;(c,d) 2#試樣;(e,f) 3#試樣;(g,h) 4#試樣;(i,j) 5#試樣;(k,l) 6#試樣

2.3 回火后的抗拉強度

回火后試樣的抗拉強度如表4所示。

表4 回火后試樣的抗拉強度

為了驗證試驗效果,本文對不同試樣在不同溫度和不同保溫時間的回火工藝與硬度值之間的關(guān)系進行比較,如圖2所示。

圖2 二次回火硬度和保溫時間的關(guān)系Fig.2 Relationship between secondary tempering hardness and holding time

3 分析與討論

3.1 二次回火對平面度改善的影響

采用不同的二次回火工藝,發(fā)現(xiàn)1#～6#試樣的平面度均有不同程度的改善。對比1#、2#試樣以及4#、5#試樣,可以得出在相同的保溫時間下,回火溫度越高,平面度改善越好;回火溫度越低,平面度改善越小[2]。對比1#、3#試樣以及5#、6#試樣,可以得出在相同的回火溫度下,特別是中高溫回火,保溫時間對平面度和硬度值的影響不明顯。

3.2 二次回火對金相組織的影響

由圖1可知,二次回火后1#～6#試樣組織結(jié)構(gòu)基本相同,組織均為隱針馬氏體,由于4#、5#、6#試樣的原材料30CrMo鋼中存在帶狀組織,回火后仍可觀察到少量的帶狀組織[3];對于相同的材質(zhì)和相同的回火溫度,延長保溫時間可使組織均勻性更好[4]。

3.3 二次回火對機械性能的影響

由表4和圖2可知,試樣的抗拉強度均符合鋸片基體強度的要求,甚至高于技術(shù)要求,這是因為試樣是三明治復(fù)合層的剪切拉伸,與單層樣塊有一定的區(qū)別。對于同規(guī)格試樣,在相同的保溫時間下,回火溫度越高則抗拉強度越低;而相同的回火溫度下,隨著保溫時間的延長,抗拉強度略有下降,但在一定的保溫時間后,其硬度和抗拉強度幾乎無變化。

3.4 梯度二次回火的探討

在復(fù)合消音鋸片的實際生產(chǎn)過程中,一般工藝流程包含兩次回火熱處理工序,即復(fù)合前單片淬火后的一次回火和點焊復(fù)合后的二次回火。為了改善點焊后變形的復(fù)合消音鋸片平面度,二次回火就必須要采用較高溫回火以徹底消除熱應(yīng)力。但提高回火溫度容易造成鋸片基體強度下降和硬度降低,從而導(dǎo)致鋸片基體最終達不到使用性能要求。通過反復(fù)試驗后,對點焊前單片的硬度范圍作出調(diào)整,即對點焊前淬火后的單片一次回火硬度適當?shù)奶岣叩匠善飞舷拗档?～3 HRC。這樣單片回火后硬度和強度的增加不僅可以抵抗點焊時熱變形帶來的影響,同時可以保證二次升溫回火后鋸片的硬度值和強度仍然在工藝要求的標準范圍內(nèi),從而為后面的梯度二次升溫回火創(chuàng)造了合適的條件。既極大地消除了點焊后鋸片產(chǎn)生的二次回火熱應(yīng)力,同時也保證了鋸片基體的強度和硬度值在使用要求的性能范圍內(nèi)。

本試驗中2#、5#和6#試樣采用一次回火溫度進行二次回火,其平面度改善效果較差;而1#、3#和4#試樣采用梯度二次回火(高于一次回火溫度),其平面度得到了極大改善,說明梯度二次回火在消除應(yīng)力方面更有效,該方法已經(jīng)在本單位得到有效的實施和推廣。

4 結(jié)論

1)復(fù)合消音鋸片點焊后的二次回火可有效消除殘余應(yīng)力,改善片體平面度和硬度均勻性等指標。

2)采用梯度二次回火,即二次回火溫度高于一次回火溫度,在平面度改善和消除應(yīng)力方面作用更加明顯。

3)從回火后的金相組織和機械性能來看,對于同規(guī)格品種鋸片基體,回火溫度是決定鋸片基體機械性能的關(guān)鍵性因素,回火溫度高低與抗拉強度大小成反比。保溫時間在一定范圍內(nèi)也影響其組織和機械性能,足夠的保溫時間能促使鋸片基體組織更加均勻以及降低抗拉強度,但超過一定范圍后,對鋸片基體的組織和機械性能影響較小。