42CrMo起重机车轮锻件的残余应力介绍

2017-07-12 admin
        起重机用车轮和水平轮锻件主要采用42CrMo耐热钢,该钢属于中碳低合金结构钢,具有良好的淬透性、高温强度及蠕变性能,此外42CrMo耐热钢淬火后变形小,调质后综合力学性能较好。尽管42CrMo耐热钢具有许多优点,但应用于起重机车轮和水平轮上时经常出现强度与韧性不匹配的问题,即在强度满足要求的条件下,冲击性能不能达标,类似此类问题在42CrMo车轮锻件的制造过程中也普遍存在。

热处理后的42CrMo起重机车轮锻件

        因此,山西中信重工集团在研究热处理工艺对42CrMo起重机车轮锻件的组织和力学性能影响具有重要的理论和现实意义。42CrMo车轮锻件在工程中使用状态通常是调质态,研究表明,热处理工艺特别是回火热处理对低合金高强钢的组织和性能具有显著影响,是提高低合金高强钢综合力学性能的重要手段之一。目前,制定车轮锻件合适的热处理制度以满足材料的使用性能要求,对回火过程中组织演变对力学性能的影响机理的研究也认为水淬热处理工艺在平衡42CrMo钢的韧性和强度方面有积极的作用。然而,材料在进行淬火热处理过程中,由于结构厚大及复杂等原因,内外表面及各区域冷却速率差别明显,致使结构温度分布不均匀,进而产生残余应力。车轮锻件属于厚结构,淬火过程中外表面与内部冷热速率差异较大,因此残余应力的存在不容忽视,淬火残余应力在车轮中的分布状态需要精确说明。

        此外,车轮经过锻造过程有可能产生疏松缺陷,车轮锻件内部结构不均匀,在淬火过程中车轮残余应力的分布也会变得更加复杂,故疏松缺陷对车轮在淬火过程中残余应力的影响如何,也急需进一步阐明。由于疏松缺陷多位于结构内部,所以很难测得其周围应力场,而采用有限元法模拟淬火热处理过程能够有效地估算其影响范围,获得的车轮淬火件应力场可用于研究车轮失效过程,是解决其内部裂纹扩展及表层脱落问题的关键步骤。

        实践表明:(1)42CrMo钢车轮锻件的疏松缺陷是锻件内部产生裂纹的主要原因。 (2)淬火热处理导致车轮锻件疏松区域产生应力集中,淬火残余应力最大值与疏松宏观尺寸关系不大,相比径向和轴向,轴向残余应力约为1300MPa,是裂纹在车轮内部疏松区域萌生并扩展的主要驱动力;在疏松区域内形成的裂纹,经过回火处理后继续向外扩展的可能性不大。 (3)车轮锻件疏松缺陷区域存在应力集中,在内外载荷叠加作用下,产生裂纹,并将最终导致表面部分脱落。

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