55CrMo钢感应淬火工艺的数值模拟及工艺优化

借助工艺实验和数值模拟技术,优化了55Cr Mo钢精密滚珠丝杠感应加热及冷却工艺参数,改善了丝杠感应淬火后的淬硬层分布。构建了丝杠单感应圈加热的有限元模型,通过数值模拟得到了单感应圈加热时沟道区域的温度曲线。数值模拟结果表明:沟道区域的温度场分布不合理是导致淬硬层分布不合理的主要原因。针对单感应圈感应淬火工艺的不足,提出了双感应圈加热工艺。数值模拟结果表明,采用双感应圈加热工艺、喷水冷却带宽度为40 mm时,可保证丝杠沟道顶部的淬硬层深度约为6.2 mm,沟道底部的淬硬层深度约为3.0 mm。工艺实验结果表明,丝杠沟道区域的淬硬层分布得到较大的改善,数值模拟结果与工艺实验结果吻合得较好。

55CrMo钢热物性参数的测定

分别采用排水法、闪光法和比较法测定了55CrMo钢的室温密度、热扩散率和比热容,并计算得出了该钢的导热系数。结果表明:随着温度的升高,55CrMo钢的比热容总体上呈上升趋势,而热扩散率和导热系数则以相反趋势变化,且该三个热物性参数均在相变区内有所波动;测定结果为开展55CrMo钢感应加热淬火过程的有限元模拟提供了重要的试验数据。

55CrMo钢的退火处理

某零件曾用55CrMo,直径为350mm的棒料代料生产,但因硬度高(经检测为240～260HB),无法下料,要求进行退火处理,降低硬度,以便下料。而一般资料中未给出55CrMo的退火参数。我们参照42CrMo的退火规范降低10℃进行退火,退火后的硬度仍然偏高,为230～250HB,下料仍有困难。后来考虑到55CrMo钢与模具钢55CrMnMo的成分相近,可否借用55CrMnMo的退火工艺规范对55CrMo钢进行退火处理,其退火工艺曲线如图所示。

加热温度及保温时间对55CrMo钢相变的影响

为了改善精密滚珠丝杠感应淬火后的表层硬度及硬度均匀性,提高耐磨性及寿命,利用Gleeble-1500D热模拟试验机,以50℃/s的加热速度,将55CrMo钢试样分别加热到800、850、900、950、1000、1100和1200℃,并在相应温度分别保温8、16和32 s,然后以50℃/s的冷却速度进行冷却,研究加热温度及保温时间对55CrMo钢相变温度、微观组织、显微硬度的影响。结果表明:在快速加热条件下,55CrMo钢奥氏体化温度升高;升高加热温度和延长保温时间均有利于促进奥氏体化均匀,抑制贝氏体转变,有利于增加均匀细小的马氏体组织,改善丝杠表面淬硬层硬度值的均匀性;55CrMo钢感应淬火时,应将感应加热的温度控制在900~1000℃范围内。