纯铁导带毛坯硬度影响因素的脱碳工艺研究.pdf
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1、工艺研究October,2023RECHULI JISHU YU ZHUANGBEI2023年10 月Vol.44,No.5第44卷第5 期热处理技术与装备纯铁导带毛坏硬度影响因素的脱碳工艺研究王伟杰,郑添春,伍思荣,徐小官(宜春先锋军工机械有限公司,江西宜春336000)摘要:纯铁导带硬度与炮管膛线磨损程度直接相关,为减小膛线磨损量,对导带毛坏进行脱碳热处理,使纯铁导带毛坏的硬度8 3HV1o。在试炉验证可行的脱碳工艺基础上,研究环境温度差异引起的冷却速度变化以及不同批次原材料中磷含量对纯铁导带毛坏硬度的影响。试炉结果表明,环境温度差异引起的冷却速度的变化对纯铁导带毛坏硬度的影响较小;对比磷
2、含量为0.0 15%和0.0 0 2%的原材料,磷含量高的原材料制成的纯铁导带毛坏的硬度显著增大,试样硬度最高达8 4.3HV1o,而含碳量变化不大。通过改进脱碳工艺可以使产品硬度明显小于8 3HV1o。关键词:纯铁导带毛坏;脱碳;硬度;冷却速度中图分类号:TG142.1;TG156.1文献标识码:A文章编号:16 7 3-49 7 1(2 0 2 3)0 5-0 0 0 1-0 4Research on Decarbonization Process of Factors Influencing theHardness of Pure Iron Bearing Band BlankWANG
3、Wei-jie,ZHENG Tian-chun,WU Si-rong,XU Xiao-guan(Yichun Pioneer Military Machinery Co.,Ltd.,Yichun Jiangxi 336000,China)Abstract:The hardness of pure iron bearing band blank is directly related to the degree of barrel riflingwear.To reduce the amount of rifling wear,decarbonization heat treatment is
4、carried out on the bearingband blanks,so that the hardness of the pure iron bearing band blanks is 83 HVio.On the basis of veri-fying the feasible decarburization process in the trial furnace,the cooling rate changed caused by environ-mental temperature differences and the influence of phosphorus co
5、ntent in different batches of raw materialson the hardness of pure iron bearing band blanks were studied.The trial furnace results showed that thechange in cooling rate caused by environmental temperature differences,had a relatively small impact on thehardness of pure iron bearing band blank.Compar
6、ed with raw materials with a phosphorus content of0.002%and 0.015%,the hardness of pure iron bearing band blanks made from raw materials with highphosphorus content significantly increased,with the highest hardness of the sample reaching 84.3 HVio,while the carbon content did not change significantl
7、y.By optimizing the decarbonization process,the prod-uct hardness could be significantly less than 83 HVio.Key words:pure iron bearing band blank;decarburization;hardness;cooling rate1研究背景导带是弹丸重要组成部分,弹丸发射过程中,在发射药燃烧产生的高温、高压气体推动下弹丸导带嵌人炮管膛线中沿膛线运动 ,使弹丸做直线和旋收稿日期:2 0 2 3-0 6-15作者简介:王伟杰(19 8 5 一),男,工程师,硕士,
8、主要从事脱碳热处理工艺研究。联系电话:15 0 7 0 5 6 9 6 7 5;E-mail:137 6 7 5 16 3 q q.c o m基金项目:2 0 18 年度江西省重点新产品计划(S2018CXCPB1002)。第44卷热处理技术与装备转复合加速运动,出炮口后高速旋转的弹丸有利于飞行稳定性;弹丸在膛内运动时导带也起密闭火药气体的作用。旋转稳定的小口径炮弹通常采用紫铜导带,随着小口径高炮武器系统向高射速、高射频、高膛压和高转速方向发展2 ,相对而言,熔点较低(10 8 3)的紫铜导带不能够承受弹丸进入炮管膛线时由于高速挤压、强力摩擦产生的高温,炮管膛线可将紫铜导带阳线削平,失去带动弹
9、丸旋转的作用。因此,国内外越来越多的小口径炮弹采用熔点高达1535及延伸率和抗拉强度优于紫铜的纯铁导带。导带毛坏原材料为导带用无缝钢管S08A。导带毛坏由数控车床按照图纸要求加工而成,之后进行脱碳生成纯铁导带毛坏。纯铁导带毛坏经过弹体压带、车带成为装配弹体的纯铁导带。弹丸在膛内运动时,导带与炮管膛线直接接触,若导带硬度过高,则加快膛线磨损,缩短火炮身管寿命3。因此对影响纯铁导带毛坏硬度的因素进行分析,并通过改进脱碳工艺,使导带毛坏硬度达到技术指标要求,保证产品质量稳定性,对实际生产具有很重要的价值。2纯铁导带毛坏技术指标检测某小口径炮弹弹丸的紫铜导带硬度为8 2 130HV1o;对国外类似口径
10、炮弹弹丸的纯铁导带进行硬度检测,其硬度为10 2 138 HV1o。退火状态下低碳钢的含碳量与硬度有直接相关性,含碳量越高的钢件,其硬度值越大。由于装配弹体的压带、车带过程分别是冲床加工挤压、数控车床加工切削的过程,此过程产生的加工硬化会使导带硬度有较大的提升,因此脱碳后的纯铁导带毛坏硬度应处于较低范围。为保证压带、车带后装配弹体纯铁导带的硬度与同口径炮弹紫铜导带硬度相近,并处于国外同口径类似炮弹纯铁导带硬度值范围内,收集了国外小口径炮弹纯铁导带毛坏的相关技术资料,以及借鉴国外研究纯铁导带毛坏的成功经验,确定了某型小口径炮弹用纯铁导带毛坏技术指标为:含碳量0.01%,硬度8 3 HV1o 3研
11、究分析过程与方法实际脱碳热处理生产时,导带毛坏以工艺要求的装炉数量分别均匀平铺到料盘各层,然后将料盘放人井式气体脱碳炉内。工艺试炉时,各层摆放一定数量由45 钢加工的类似外形尺寸的钢环,然后第一层、中间层和最后一层各放4个无缝钢管S08A导带毛坏。由于45 钢含碳量(0.45%)近似为无缝钢管S08A含碳量(0.0 8%)的6 倍,因此装炉数量定为工艺要求的1/6。保温时间是脱碳工艺的重要参数,时间过短,会使导带毛坏的含碳量超过0.0 1%;时间过长,虽然减小了含碳量,但会降低生产效率,增加生产成本。在能够保证含碳量0.0 0 8%、硬度8 3HV1o时,不宜延长保温时间,以减小含碳量的方式使
12、产品硬度远小于技术指标上限要求在前期微型脱碳试验炉试制基础上,初定脱碳气氛流量、保温温度、保温时间、冷却方法等工艺参数,并验证了脱碳可行性。利用生产用井式气体脱碳炉进行工艺摸底试验,根据试炉产品检测分析结果,优化调整工艺参数,确定了脱碳气氛流量、保温温度、保温时间等工艺参数范围。由于夏天和冬天的工房温度差异比较大,很可能造成炉膛冷却速度有差异,而低碳钢冷却速度与硬度有很大的关系,产品冷却速度越快,其硬度越大4-5 ;炉膛内缓慢冷却的降温方式,可以保证材料内部残留的能量较少且分布相对均匀6 。通过试炉,获得外界温度对冷却速度以及冷却速度对纯铁导带毛坏硬度的影响数据。此外不同批次原材料的主要化学成
13、分有差异,需要通过试炉验证脱碳工艺能否使纯铁导带毛坏技术指标满足要求。若试样硬度检测和含碳量分析结果满足要求,则按照现行工艺正式生产;若不满足要求,需要根据实际生产情况调整脱碳工艺,使产品满足技术指标要求。采用井式气体脱碳炉进行脱碳热处理,出炉后从第1层、中间层和底层各取2 件试样,试样编号依次为1#6#,使用维氏硬度计进行硬度检测;剩余6件试样依次编号为7#12#,使用高频红外碳硫分析仪测定含碳量。4硬度影响因素分析4.1冷却速度对硬度影响分析采用I批原材料加工的导带毛坏,其化学成分见表1。分别在夏天(30 左右)和冬天(8 左右)进行脱碳热处理,工艺曲线如图1所示。起始位置至A点为升温阶段
14、,AB段为保温阶段,BC段为第一次随炉冷却阶段,CD段为第一次炉膛风冷阶段,DE段为第二次随炉冷却阶段,EF段为第二次炉膛风冷阶段。第二次炉膛风冷至规定时间后结束脱碳,产品出炉,抽取试样进行检测分析。第5 期王伟杰等手:纯铁导带毛坏硬度影响因素的脱碳工艺研究表1I批原材料的化学成分(质量分数,%)Table1Chemical composition of batchI rawmaterials(massfraction,%)元素CSiMnPSCrNiCuAI含量0.060.040.360.0020.0040.060.030.040.03ABCDEF时间/h图1月脱碳热处理A工艺曲线Fig.1D
15、ecarburization heat treatment process A curve从炉膛外表面温度记录仪中导出时间-温度数据,拟合的第一次随炉冷却阶段的时间-温度曲线,如图2 所示,曲线1、2 分别为夏天、冬天时炉膛温度随时间变化曲线。由图2 可知,第一次随炉冷却阶段,冬天时炉膛冷却速度比夏天时较快,说明环境温度对炉膛冷却有一定影响。/1夏天2冬天时间/h图2时间-温度曲线Fig.2Time-temperature curves试样的维氏硬度检测结果见表2,含碳量分析结果见表3。由表2、3可知,在不同环境温度条件下进行脱碳热处理,虽然冷却速度有差异,但试样的硬度、含碳量变化量不大,因此
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