AMS 2759G中的淬火系统监控要求

要确定AMS 2759G所要求的最低硬度,需要注意试样材料的特定淬硬性曲线和适当的设备维护。

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一个ms2759g钢件热处理通用要求[1]于2019年4月23日通过。这一重要的航空航天规范规范了航空航天部件的热处理,并包含了与淬火剂和最重要的淬火系统测试相关的一系列变化。以前,本规范只关注于淬火剂,没有考虑整个淬火系统,包括淬火剂,但也包括材料处理和搅拌。

SAE航空航天材料工程委员会(AMEC)决定,不再严格关注淬火剂,而是对整个淬火过程和淬火系统进行检查。淬火剂、搅拌和物料处理系统(淬火系统)必须一起操作,以确保零件正确淬火。搅拌和物料处理很难量化。淬火剂可以用各种测试方法进行适当描述,包括冷却曲线(ASTM D6200[2])。然而,目前没有方法来确定搅拌,因为不同部分的存在会影响流体流动。基于此,AMEC决定将淬火系统的质量以实现特定材料棒料的可接受淬火为基础。测试材料如下:

  • SAE 4130圆棒,至少1.5”(3.81厘米)长,0.5”(1.27厘米)公称直径。
  • SAE 4140圆棒,至少4.5”(11.43厘米)长,1.5”(3.81厘米)公称直径。
  • SAE 4330V圆棒,至少7.5”(19.05 cm)长,2.5”(6.35 cm)公称直径。

这些试样在淬火后,其硬度应“不低于根据ASTM A304测试时试样直径对应的末端淬火淬炼曲线上的硬度”。”[2][3]

这些样品每季度运行一次,按照AMS 2759的要求处理典型或模拟生产负载。在零件淬火后,在淬火状态下,从试样中心取下0.5”(12.5 mm)的部分。

末端淬透性顶端淬火测试

Jominy末端淬灭试验是由Walter E. Jominy(1893-1976)和A.L. Boegehold[4]发明的一项相当巧妙的试验。在这个测试中,一个直径1英寸、长4英寸的圆钢棒被加热到1600°F。然后将棒材从炉中取出并放置在一个特殊的夹具中。这种特殊的夹具允许水击打样品的一端。这一淬灭端经历最快的淬灭速率,距离淬灭端(通常测量为n/16 ")冷却逐渐变慢。在棒材上磨两个平面,硬度是作为距离淬火端距离的函数来测量的。基本装置如图1所示。

图1:乔米尼端淬装置示意图。

该试验为测定钢的淬透性奠定了基础。如果你还记得的话,淬透性不是指钢在淬火时的硬度,而是它淬火的深度。

有趣的是,该测试已用于铝[5]和钛[6],以表征微观组织作为淬火速率的函数。

硬度数据通常绘制成从淬火端到标准形式[3]的距离函数。图2是ASTM A304[3]表格的说明。

图2:根据ASTM A304[3]绘制的SAE 4140H典型Jominy末端淬火数据。

在这个图表中有几件事需要注意。首先要注意的是特定合金的上、下淬透性带。一般来说,在测试时,合金必须位于淬度曲线的上限和下限之间。

淬硬度上限和下限的HRC是与Jominy端淬试样的淬硬端距离的函数。由于末端效应,硬度测量通常从n=2/16 "开始。有时在试样的末端取n=0处的末端淬火硬度。

第二件要注意的事情是在图的顶部的表格显示了圆的直径与淬火硬度相同的温和水淬火和温和油淬火。描述了表面的径向距离(r= r)、四分之三半径(r= 3/4R)和杆的中心(r= 0)。虽然在规范中没有明确规定,但正是这些值被用于建立AMS 2759中可接受的淬火系统限值。

淬火硬度相同的棒材直径的距离保持不变,是到淬火端距离的函数。绘制轻度油淬的表面、3/4半径和中心的杆直径与淬火端距离的函数图(图3)。在AMS 2759中,我们将使用此图来建立上述每个杆直径的Jominy距离。

图3:对于ASTM A304[3],具有相同淬火硬度的圆的直径,作为到淬火端距离的函数。

暂且不考虑AMS 2759中使用的特定试件淬达性,可以详细说明最小硬度的极限和Jominy端淬曲线上的位置。使用图3中的图表,我们记得SAE 4130 bar的试样尺寸为0.5”。这些试样在淬火后,其硬度应“不低于根据ASTM A304测试时与试样直径相对应的末端淬火硬化曲线上的硬度”[2][3]。这个要求对应的乔密尼距离在哪里?

从图3中可以看出,在SAE 4130中,测试杆的中心直径为0.5”,对应的Jominy距离为3.5/16”。对于SAE 4330V bar,它的公称直径为2.5”。看图3的距离对应的中心硬度直径2.5“,这对应的距离淬火结束14.5/16”。

SAE 4140H(图2)的情况略有不同。在这种情况下,在不同位置指定两种硬度。棒材中心硬度不小于hrc44, 3/4半径不小于hrc50。然而,虽然看起来更严格,测试要求并不是更严格。

观察SAE 4140H直径为1.5 "的Jominy曲线,杆的中心对应J= 9/16 ", 3/4半径对应J= 6/16 "的Jominy距离。取中心hrc44和3/4半径hrc50的硬度值,我们可以看到,这些值对应于sae4140的最小淬达性曲线。

具体的Jominy端淬距离的值具体见表1。

图3:对于ASTM A304[3],具有相同淬火硬度的圆的直径,作为到淬火端距离的函数。

当获得用于进行淬火系统监测试验的原材料时,用户应要求提供具体的Jominy末端淬火钢的热量数据。使用比热批认证中的Jominy距离,可以确定最小可接受硬度。如果硬度每季度测试一次,低于最低硬度,则应采取纠正措施。这种纠正措施可以是对搅拌器或物料处理系统的维护。这也假设使用的淬火剂符合要求,并与原始规格相似。只要选择了合适的油,那么淬火剂通常不是问题。

结论

在这篇简短的文章中,描述了测定AMS 2759所要求的淬火系统监测的最低硬度的方法。这就需要注意试样材料的具体淬硬性曲线,以及设备的适当维护。

这是确保整个淬火系统(淬火剂、搅拌和处理)能够胜任航空航天部件热处理任务的第一次尝试。

参考文献

  1. SAE International, AMS 2759G,钢件热处理,通用要求,Warrendale, PA: SAE International, 2018。
  2. 通过冷却曲线分析测定淬火油冷却特性的标准试验方法,ASTM D 6200, Conshocken: ASTM, 2012。
  3. ASTM,“ASTM A304:受末端淬火淬炼要求的碳素和合金钢棒”,ASTM国际,West Conshohocken, PA, 2016。
  4. W. E. Jominy和A. L. Boegehold,“渗碳钢的淬透性试验”,译。中国科学院学报,vol. 26, pp. 574-606, 1938。
  5. 王志强,Al-Zn-Mg-Cu铝合金的淬火速率和时效效应,清华大学学报(自然科学版),2000。
  6. J. W. Newkirk和D. S. MacKenzie,“用于轻型合金开发的Jominy端面淬火”,Mat. Eng杂志。穿孔。,第9卷,第5期。4,第408-415页,2000年8月。