CN112853055B - 一种高韧性大型船用柴油机活塞杆锻件热处理工艺 - Google Patents

一种高韧性大型船用柴油机活塞杆锻件热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高韧性大型船用柴油机活塞杆锻件热处理工艺，材料选用18.5吨大钢锭，在3小时内升温至650℃±20保温4小时后，在8小时内升温至1250℃±20保温时间≥7小时，然后使用3150吨水压机进行锻造开坯，钢锭进行两次镦粗两次拔长；将坯料使用锯床进行锯切下料，使用8T锤进行单个锻造成形，使用8T锤锻对产品的台阶和试样区锻打成形，总锻造比≥5；活塞杆锻后为间歇式水冷，水温控制在40℃～60℃之间，在水中冷到锻件表面350℃左右，然后将锻件至于400℃的退火炉中待料；正火采用等温升温，在10小时内由400℃±10升温至860℃±10，然后保温14小时，采用雾冷冷却至400℃±10后回火保温4小时，然后在3小时内升温至580℃±10保温20小时后，采用空冷冷却。

Description

一种高韧性大型船用柴油机活塞杆锻件热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种抗拉强度为590MPa-720MPa,屈服强度≥325MPa, 尤其是冲击韧性AKV≥25J的高韧性大型船用柴油机活塞杆锻件热处理工艺，属大型船用柴油机活塞杆锻件制造领域。
背景技术
7RT-flex58T-E智能型船用低速大功率柴油机是WARTSILA（瓦锡兰）专利许可的标准船用低速柴油机。该柴油机是一种全电子控制，十字头式、低速、可逆转、单作用的二冲程船用柴油主机，带有恒压废气涡轮增压器和扫气空气冷却器。该机在研制过程中融入的节能和环保元素成为柴油机发展的主流方向。由于性能优良、可靠性能好、使用维修方便，已经成为大型散货船和油船的主要动力之一。该机中活塞杆锻件作为船用柴油机运动部件中的核心部件，在发动机工作过程中，启到传动作用，需要有较好的综合力学性能，活塞杆的抗疲劳性能直接影响使用寿命。为此，要求柴油机活塞杆锻件抗拉强度为590MPa-720MPa,屈服强度≥325MPa,冲击韧性AKV≥25J，但是现有用于制作活塞杆的C45E材料（常规的45#）钢化学成分为C：0.42～0.50，Si：≤0.35，Mn：0.50～0.80，P，S≤0.035，该材实由于受材料及正回火条件的限制，不仅强度低、而且冲击韧性差。
发明内容
设计目的：避背景技术存在的不足之处，设计一种抗拉强度为590MPa-720MPa,屈服强度≥325MPa, 冲击韧性AKV≥25J的高韧性大型船用柴油机活塞杆锻件，以满足背景技术的需求。
设计方案：为了实现上述设计目的。本发明在材料设计上：1、为了满足7RT-flex58T-E大型活塞杆锻件正火+回火后达到此机械性能，抗拉强度为590MPa～720MPa,屈服强度≥325MPa, 尤其是冲击韧性AKV≥25J，对C45E材料进行成分优化：C含量优化为：0.42～0.45，添加Cr含量：0.15～0.25，降低含碳量可以提高冲击韧性，添加0.15～0.25的Cr可以细化晶粒，提高强度和冲击韧性。优化后成分（质量分数，%）：C:0.425～0.45，Si: ≤0.34， Mn:0.51～0.79，P:≤0.035，S:≤0.035，Cr：0.15～0.25。2、为了保证此大型活塞杆锻件的充分锻透性，特制定了专用的特殊锻造工艺，其工艺方案流程为：（1）材料选用18.5吨大钢锭，使用3150吨水压机进行锻造开坯，钢锭进行两次镦粗两次拔长，保证坯料芯部锻透；（2）将坯料使用锯床进行锯切下料，使用8T锤进行单个锻造成形，严格控制下料重量，使用8T锤锻对产品的台阶和试样区锻打成形，保证每件活塞杆都带有试样，并减少锻造余量，节约成本，提高加工效率；3、锻后冷却方式一般有空冷、堆冷和炉冷，此活塞杆锻后设计为间歇式水冷，可以有效细化晶粒，提高冲击韧性。4、热处理为正火+回火，正火采用等温升温，消除锻后水冷产生的内应力，采用专用热处理工艺后使产品的力学性能符合客户的验收要求。
技术方案：一种高韧性大型船用柴油机活塞杆锻件的制作工艺，（1）锻造：材料选用18.5吨大钢锭，在3小时内升温至650℃±20保温4小时后，在8小时内升温至1250℃±20保温时间≥7小时，然后使用3150吨水压机进行锻造开坯，钢锭进行两次镦粗两次拔长，保证坯料芯部锻透；将坯料使用锯床进行锯切下料，使用8T锤进行单个锻造成形，严格控制下料重量，使用8T锤锻对产品的台阶和试样区锻打成形，一件打7件，总锻造比≥5，保证每件活塞杆都带有试样；（2）锻后热处理：活塞杆锻后为间歇式水冷，水温控制在40℃～60℃之间，在水中冷到锻件表面350℃左右，然后将锻件至于400℃的退火炉中待料；正火采用等温升温，在10小时内由400℃±10升温至860℃±10，然后保温14小时，采用雾冷冷却至400℃±10后回火保温4小时，然后在3小时内升温至580℃±10保温20小时后，采用空冷冷却。
本发明与背景技术相比，一是Cr含量添加，细化了C45E材料晶粒，提高强度和冲击韧性；二是锻造工艺采用二段加热式，既保证坯料芯部锻透，又减少锻件的机械加工余量，缩短加工工时，降低生产成本；三是热处理采用正火+回火，正火采用等温升温，消除锻后水冷产生的内应力。
附图说明
图1是锻造加热工艺曲线图。
图2是正火曲线图。
图3是回火曲线图。
具体实施方式
实施例1：参照附图1-3。一种高韧性大型船用柴油机活塞杆锻件的制作工艺，包括大型船用柴油机活塞杆锻件，质量百分数：所述大型船用柴油机活塞杆锻件中C:0.425～0.45，Si: ≤0.34， Mn:0.51～0.79，P:≤0.035，S:≤0.035，Cr：0.15～0.25，其余为铁。其性能指标：抗拉强度为590MPa ～720MPa ,屈服强度≥325MPa , 冲击韧性AKV≥25J，伸长率A5≥20%，收缩率Z≥40%。（1）锻造：材料选用18.5吨大钢锭，在3小时内升温至650℃±20保温4小时后（钢锭重量、尺寸较大，采取分段升温，加热3小时后，在650℃保温，确保钢锭在升温过程中造成内外温差过大而导致开裂，650℃保温4小时，使钢锭内外温差均匀一致。为后续加热做准备，减少内应力），在8小时内升温至1250℃±20保温时间≥7小时（从650升温至1250℃，采用8小时，平均75℃每小时，不仅节约能耗，而且确保钢锭在升温过程中造成内外温差过大而导致开裂，1250℃保温8小时，使得钢锭内外温差一致，完全奥氏体化，为锻造做准备），然后使用3150吨水压机进行锻造开坯，钢锭进行两次镦粗两次拔长，保证坯料芯部锻透；将坯料使用锯床进行锯切下料，使用8T锤进行单个锻造成形，严格控制下料重量，使用8T锤锻对产品的台阶和试样区锻打成形，一件打7件，总锻造比≥5，保证每件活塞杆都带有试样；（2）锻后热处理：活塞杆锻后为间歇式水冷，水温控制在40℃～60℃之间（水温在20～40℃时，锻件在水中冷却速度最快，提高水温，既可以防止冷却过快导致锻件开裂。水温在40～60℃时，可以提高锻件的冷却速度，细化晶粒），在水中冷到锻件表面350℃左右（锻件在水中冷却时，当锻件表面的温度过低时，锻件容易开裂，将终冷温度控制在350℃，防止冷却时锻件开裂），然后将锻件至于400℃的退火炉中待料（400℃待料，可以消除水冷后锻件的内应力，确保锻件内外温度均匀性，防止锻件开裂）；正火采用等温升温，在10小时内由400℃±10升温至860℃±10，然后保温14小时，采用雾冷冷却至400℃±10后回火保温4小时（水冷细化晶粒则达6级以上，雾冷相比空冷可以加快锻件的冷却速度，细化晶粒可以达到5级以下，提高其强度和韧性），然后在3小时内升温至580℃±10保温20小时后（充分消除内应力，保证锻件满足机械性能要求，未后续机械加工做准备），采用空冷冷却。大型活塞杆锻件形状一端圆一端扁方，大圆端尺寸￠516mm,长155mm;扁方端尺寸357mm*262mm,长105mm;中间轴身￠230mm长2977mm。
需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种高韧性大型船用柴油机活塞杆锻件的制作工艺，其特征是：对C45E材料进行成分优化，优化后的成分含量：C 0.42～0.45， Cr含量：0 .15～0 .25， Si: ≤ 0 .34，Mn:0.51～0 .79，P:≤0 .035，S:≤0 .035，余下为铁，所述制作工艺如下：
（1）锻造：材料选用18.5吨大钢锭，在3小时内升温至650℃±20保温4小时后，在8小时内升温至1250℃±20保温时间≥7小时，然后使用3150吨水压机进行锻造开坯，钢锭进行两次镦粗两次拔长，保证坯料芯部锻透；将坯料使用锯床进行锯切下料，使用8T锤进行单个锻造成形，严格控制下料重量，使用8T锤锻对产品的台阶和试样区锻打成形，一件打7件，总锻造比≥5，保证每件活塞杆都带有试样；
（2）锻后热处理：活塞杆锻后为间歇式水冷，水温控制在40℃～60℃之间，在水中冷到锻件表面350℃，然后将锻件至于400℃的退火炉中待料；正火采用等温升温，在10小时内由400℃±10升温至860℃±10，然后保温14小时，采用雾冷冷却至400℃±10后回火保温4小时，然后在3小时内升温至580℃±10保温20小时后，采用空冷冷却；
所述大型活塞杆锻件抗拉强度为590MPa ～720MPa ,屈服强度≥325MPa , 冲击韧性AKV≥25J，伸长率A5≥20%，收缩率Z≥40%。
2.根据权利要求1所述的高韧性大型船用柴油机活塞杆锻件的制作工艺，其特征是：大型活塞杆锻件形状一端圆一端扁方，大圆端尺寸￠516mm,长155mm;扁方端尺寸357mm*262mm,长105mm;中间轴身￠230mm长2977mm。
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