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； ＼ 0 巴， 译文选粹 舍 舍 0仝 ； ＼ ； ＼ 仓 冶金因素对 S A E，5 2 1 0 0长圆柱体淬火畸变的影响 B．P．Ma r a d i t ．C．S i ms i r 。T．L a b b e n ，C．H．Gi i r 1 ． Me t a l l u r g i c a l a n d Ma t e r i a l En g i n e e r i n g D e p a r t me n t ，Mi d d l e E a s t T e c h n i c a l U n i v e r s i t y，An k a r a ，T u r k e y ； 2 ． F o u n d a t i o n I n s t i t u t e o f Ma t e r i a l s S c i e n c e 1 wT ， B r e me n ，G e r ma n y 摘要 钢件淬火会导致其产生复杂且难以预测的尺寸和形状改变 畸变 。甚至用同一块坯料不同部位的 材料制作的零件， 其淬火过程中发生的畸变行为也大不相同。这是由于若干引起畸变的潜在因素 如合金元素、 偏析、 残余应力和相组成等 不均 匀分布所造成的 ， 而这些潜在 因素作 用的 累积贯 穿 于零件制造的全过程。本文研究了合金元素的分布和偏析对淬火畸变的影响。研究用试棒为用直 径 4 5 m m的 S A E 5 2 1 0 0钢棒料加工成的不同直径圆柱体 ， 并将其编号 ， 以便分辨其在原棒料上的确 切位置。然后将试棒装入通氮气保护的井式炉加热奥氏体化 ， 随后进行喷 气淬火。测量结果表 明， 试棒在淬火过程 中的尺寸变化 与其在坯料 中的取样位置密切相关， 而试棒的 弯曲程度和方向与取 样位置和直径之间没有显著的关联。 关键词畸变； 喷气淬 火； 轴； S A E 5 2 1 0 0钢 中图分类号 T G I 5 6 ． 3 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 1 6 9 0 2 0 1 4 0 6 0 0 3 3 0 5 Me t a l l u r g i c a l I n fl u e n c e o n Qu e n c h Di s t o r t i o n o f S AE 5 2 1 0 0 L o n g C y l i n d e r s B．P．Ma r a d i t ，C．S i ms i r ．T．L u b b e n ，C．H．Gt i r 1 ． Me t a l l u r g i c a l a n d Ma t e r i a l E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t ，Mi d d l e E a s t T e c h n i c a l U n i v e r s i t y ，A n k a r a ， T u r k e y ； 2 ． F o u n d a t i o n I n s t i t u t e o f Ma t e ri a l s S c i e n c e 1 wT ，B r e m e n ， G e r ma n y Ab s t r a c t Q u e n c h i n g o f s t e e l c o m p o n e n t s r e s u l t s i n c o mp l e x a n d h a r d t o p r e d i c t d i me n s i o n a l a n d s h a p e c h a n g e s d i s t o r t i o n ．E v e n t h e c o m p o n e n t s m a n u f a c t u r e d f r o m d i f f e r e n t p a r t s o f t h e s a me s e mi fi n i s h e d p r o d u c t ma y s h o w s i g n i fic a nt l y d i f f e r e n t d i s t o r t i o n be h a v i o u r s d u r i n g q ue n c h i n g ．The r e a s o n i s t h o u g ht t o b e n o n - u ni f o r m d i s t rib u t i o n o f d i s t o r t i o n p o t e n t i a l c a r r i e r s i n t h e fi n a l c o m p o n e n t i ． e ．a l l o y i n g e l e me n t s ，s e g r e g a t i o n s ，r e s i d u a l s t r e s s e s a n d p h a s e s w h i c h a r e a c c u m u l a t e d t h r o u g h o u t t h e w h o l e m a n u f a c t u ri n g c h a i n ．T h i s s t u d y f o c u s e s o n t h e e f f e c t s o f a l l o y i n g e l e me n t d i s t ri b u t i o n a n d s e g r e g a t i o n o n q u e n c h d i s t o rti o n ．F o r t h i s a i m ， l o n g c y l i n d e r s o f v a r i o u s d i a me t e r s we r e ma c h i n e d f r o m 45 mt n di a me t e r S AE 5 21 0 0 s t e e l b a r s，a n d ma r k e d t o d e fin e t h e i r e x a c t p o s i t i o n s i n t he i n i t i a l ba r ． T he n t h e c y l i n de r s we r e a us t e n i t i s e d i n a v e rti c a l f u r na c e un d e r ni t r o g e n a t mo s p h e r e a n d q ue n c h e d i n a g a s n o z z l e fie l d．Th e c o o r d i n a t e me a s u r e me n t r e s u l t s s h o w t h a t d i me ns i o n a l c h a n g e s d e v i a t e s i g n i fic a n t l y wi t h ma c h i n i n g po s i t i o n；h o we v e r， t he be n di ng ma g n i t u d e s a n d di r e c t i o n s d o n o t e x hi bi t a d i s t i n c t c o r r e l a t i o n wi t h ma c h i n i n g p o s i t i o n a n d t h e c y l i n de r di a me t e r Ke y wor dsd i s t o r t i o n；g a s n o z z l e fie l d q u e n c h i n g；s h a f t ；S AE 5 21 0 0 0 引言 畸变是钢件在整体淬火过程 中发生的最重要的 问题之一 。众所周知 ， 畸变具有 系统性特征 。某些 引起畸变的潜在因素， 如【 合 金元素 的分布 、 偏析 、 残 余应力和显微组织 ， 是在零件制造过程中形成的 ， 即 使是用同一块坯料加工 的零件 ， 也会导致其不 同的 畸变行为。这些因素中， 显微组织和合金元素特别 引人关注 ， 因为它们对相变的热力学和动力学有显 著的影响。在某些情况下， 例如含 M n的低碳合金 收稿 日期 2 0 1 4 ． 0 9 1 2 本文由 I n t e r n a t i o n a l H e a t T r e a t m e n t a n d S u r f a c e E n g i n e e r i n g 编辑部提供， 由本刊副主编、 上海交通大学顾剑锋 教授 翻 译 。 热处理 2 0 1 4年第 2 9卷第 6期 3 3 图 3热处理装置 Fi g ． 3 He a t t r e a t me nt s e t up 表 1 试验 参数 Ta b le 1 E x p e d me n t a l wi n d o w o ．I I 试棒直径／ ram 1 0 1 5 2 0 炉 内 总 时 间／ rai n 4 0 5 8 8 5 喷嘴的气体流速／ L s 1 6 7 1 8 9 2 1 9 传热系数 W m～ K 1 2 5 0 ／ 1 8 0 0 1 2 5 0 1 2 5 0 ／ 1 4 0 0 体积与表面积比WS ／ m 3 m 4 ． 7 6 6 ． 9 8 9 ． 0 9 毕奥数”0 ． 1 5 ／ 0 ． 2 2 0 ． 2 3 0 ． 3 0 ／ 0 ． 3 3 平均传热系数通过计算流体动力学运算确定。 计算毕奥数时， 采用了奥氏体的平均热导率 A 。 2 0 ． 1 2 W m～ K 。 2坐标 测量的设备和方法 在热处 理 前后 采用 接 触式 测试 仪 P r im a r M X 4 进行坐标测量 ， 以确定试棒 的尺寸变化 。图 4 表示用于计算试样尺寸变化的坐标测量策略。首先 测量特定的长度方向上某一位置的圆度图 ， 然后将 测量数据拟合得到一个 圆， 进而可获得直径随长度 的变化。通过计算顶部和底部拟合环的间距来求得 给定径向位置 随长度的变化。 根据拟合环 的中心 xY平 面的投影 图 4 a 计算出初始和最终的弯曲矢量。从热处理后的 誊 2 ． 7 芒 誊 2 ． 5 露2 ． 3 害2 ． 1 善1 ．9 g 1 ． 7 g 1 ． 5 i毫 1 ． 3 弯曲矢量减去初始弯曲矢量 ， 就得 出热处理过程中 的弯曲矢量 图4 b 。 1 一『『 ‘ ，／ e f o r e h e a t 2 ＼ 咖e n t Du r i n gh e a t t r e a l a ] a e n t 图4 a 坐标测量方法和 b 弯曲矢量的计算 F i g ． 4 a C o o r d i n a t e m e a s u r e m e n t p r o c e d u r e a n d b c a l c u l a t i o n o f b en d i n g v e c t o r 采用以上方法详细研究了取 自原棒料 中不同部 位试棒的畸变 ， 包括尺寸 长度、 直径及体积 变化 和形状改变 弯 曲 两个方面。 不同直径 圆柱体的弯曲程度用 成。 数表示 睨 -h了 V 式中 h和 A 分别是奥氏体的对流换热 系数和热导 T ， 率； 为体积与表面积之比。 3结果和讨论 3 ． 1 尺寸变 化 原始坯料横截面不 同部位试样的尺寸的相对变 化 ， 即长度变化 △ 、 直径变化 A D ／ D 。 和体积 变化 A W3 v 0 ， 如图 5所示。由这些结果可以清楚 地看出， 试棒的尺寸变化与其在原始坯料 中的位置 密切相关。这可能是 由于原始坯料 中 c r 和 C元素 不均匀分布导致不同部位材料 的马氏体转变开始温 度 Ms 不 同所造成 的 见图 6 。众所周知 ， M s随合 金元素而改变 ， 各种计算 Ms的经验公 式 已经考虑 了 C， N i ， Mo和 Mn的影响。 a D1 0 m m， h1 2 5 0 W m一 K一 b D1 0 m m， h1 8 0 0 W m一 K一 图 5 圆柱体试样尺寸的相对变化 c D1 5 m m， h1 2 5 0 W m～ K一 F i g ． 5 R e l a t i v e d i me n s i o n a l c h a n g e s o f c y l i n d e r s a mp l e s 热处理 2 0 1 4年第 2 9卷第 6期 3 5 7 5 3 l 9 7 5 3 2 2 2 2 l 1 l l 一 一 喜昌． 呈 ∞ 至 u ≮旨 g董 3 受 4结论和展望 本文采用从连铸并轧制成形棒料不 同部位切取 的圆柱形试棒 ， 用喷气淬火研究 了偏析组织对 S A E 5 2 1 0 0钢长圆柱体畸变的影响， 结论如下 。 1 长圆柱体淬火导致的尺寸和体积变化 的相 对差异取决于其在原始坯料 的取样位置 。其原因在 于合金元素不均匀分布所造成的取 自不 同位置试棒 的马氏体转变开始温度不 同。 2 由于结果太过分散 ， 尚无法得 出试 棒弯 曲 量与直径或换热系数之间的关系。 3 S A E 5 2 1 0 0钢弯 曲的方 向和程度没有显示 出其与显微组织之 间的清晰关 系， 这可能与夹杂物 以及原始／ 最终组织不同有关 。 今后的进一步研究有必要与显微组织研究相结 合 ， 对取 自坯料不同部位 的试样进行 膨胀试验和力 学性能测试 ， 以揭示 显微组织 、 马 氏体转 变开始温 度 、 相变 应 变 各 向异 性 和 力学 性 能 的空 间变化 。 B r e m e n 1 wr的持续研究正在考虑这些方面 ， 希望利 用试验和建模／ 模拟工具来揭示这种看似随机行为 的内在原因。 [ 展会信息] J E C Eu r o p e Co mp o s i t e s Sh o w Co n f e r e n c e s 2 01 5 2 0 1 5第 5 0届欧洲 J E C复合材料展览及会议 参加 J EC展 会 是一个复合 材料及新材料企业走 向 国际化 的标志和途径 “ J E C复合 材料 展览 及会议 ” J E C C o m p o s i t e s S h o w C o n f e r e n c e s 创办于 1 9 6 3年 ， 每 年举 办一届 ， 至 2 0 1 4年总共举办了 4 9届 ， 主办单位是法 国 J E C复合材料发展促进／ J E C集 团， 中国总展 团展商组织单位 为映德会展 中国 有限公司。J E C复合材料展已成为世界上历史最悠久、 规模最大的复合材料行业专业展 览会 ， 展示和反映了当前复合材料行业 的最新技术和应用成果。 J E C复合材料展览及会议以欧洲为基础致力于打造一个 复合材料交流 、 贸易 的平 台。在最近 的 1 0年 中， 专业观众数量增长 了 8 6 ％ ， 其 中观众来源最多的国家依次为德 国、 英国、 意大利 、 比利时、 美 国、 荷兰 、 西 班牙 、 瑞士 、 俄罗斯和中国。关注复合材料最多的行业为汽车制造 、 航空制造和建筑材料 。参展展 品应用领 域多为汽车、 船舶游艇、 航天航空、 建筑材料、 轨道交通、 风力发电、 休闲产品、 管道和电力， 辐射行业之广是其 他同类展会无法匹敌的。J E C复合材料展览及会议是唯一一个将全球复合材料工业联合起来的展览会 ， 也 是一个复合材料应用商与供应商、 相关科研人员及专家广泛交流的平台， 还是一个企业走向国际化的标志和 途 径 。 2 0 1 4年 3 月 1 11 3 13举办的第 4 9届欧洲 J E C复合材料展参展商超过 2 0 0 0家 ， 专业观众超过 3 7 5 0 0 人 ， 展出面积超过 5 6 5 0 0平方米 ， 展示 了行业中的最新技术 、 新材料 、 新 工艺 、 新方法 ， 同期举 办有丰富的学 术交流活动， 全面呈现当今国际最新产业动态及发展趋势。 为了增进 国内外复合材料行业的交流与合作 ， 同时展示我国复合材料产业 的发展与成就 ， 帮助境 内企业 开拓国内外市场 ， 中国国际复材协会 、 映德国际会展集团 Y O N D E X P O 中国代表处已近十年组织 中国企业 参与该展会 ， 为中国复合材料集团、 中材科技、 中钢集团、 中国建材集团、 中国商飞、 北京玻钢院、 上海杰事杰 新材料集团、 重庆国际复合材料 、 中南控股集团 、 秦皇岛耀华玻璃钢 、 烟 台氨纶 、 天马集 团、 华东理工大学、 哈 尔滨工业大学 、 巨石集团 、 中冶集 团、 金光集团、 江苏恒神纤维材料 、 重庆大学 、 上海玻璃钢研究院、 中南大学、 哈尔滨玻璃钢研究院等众多行业 巨头和知名机构提供 了优质高效的境外展贸服务。 “ J E C E u r o p e 2 0 1 5第 5 O届欧洲复合材料展览及会议 ” 将于 2 0 1 5年 3月 l 0～1 2 13在“ 法 国巴黎展览会 议中心” 再度举行， 诚邀全国各地复合材料及新材料相关单位与业界人士加入中国总展团前往参展参观。 J E C中国总展团报名热线 4 0 0 0 - 6 8 0 8 6 0转 8 1 4 4、 5 2 2 0 。 热处理 2 0 1 4年第 2 9卷第 6期 3 7
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