淺析蝸桿滲碳的變形和控制

李年蓮　王尊禮

摘 要:對如何控制蝸桿滲碳淬火后變形量進行了分析,結果表明,通過預處理及滲碳工藝的改進,能夠有效的控制滲碳件的變形量,解決了生產中的關鍵問題。

關鍵詞:蝸桿變形量工藝改進

中圖分類號:TG162 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)7(c)-0080-01

發現為外協廠家生產的蝸桿滲碳淬火后變形量大(>0.9mm),遠遠不能遠足客戶的要求,因此每次滲碳淬火后都要進行校直,在校直過程中經常會校斷或者出現裂紋導致批量報廢,極大的造成了經濟和聲譽的損失。為此我們對滲碳淬火變形進行了分析并且對原工藝進行了改進試驗,制定了合理的工藝,取得了明顯的效果。

1 對滲碳淬火變形分析

1.1 材料對滲碳淬火蝸桿變形的影響

在蝸桿選材正確的前提下,原材料的均勻性、純凈性、淬透性是影響滲碳淬火蝸桿的變形的主要材料因素。首先,均勻性包括成分、組織和缺陷分布的均勻性。化學成分分布不均便會產生偏析,滲碳淬火后偏析部分的組織和應力與別處不一樣,這樣會產生變形,鋼中雜質和缺陷總是難免的,但如果分布均勻,則會將有害影響降至最低。帶狀組織是組織不均勻的特例,它會使材料產生各相異性,淬火變形增大所以要求原材料帶狀組織不高于1級。其次純凈性是指鋼的成分符合標準要求時,鋼中雜質含量的多少。雜質的存在使鋼的基體被分割成許多成分、性能、狀態各異的部分,滲碳淬火后變形量大,因此要求雜質盡可能的少,其非金屬雜質含量應控制在2級以內。最后是淬透性的影響,淬透性包括兩個方面:一、淬透性值的高低。淬透性值太高,冷卻時馬氏體轉變更為劇烈,零件變形更大;二、淬透性值分布帶的寬窄。淬透性帶的寬度越窄越好,帶寬太大,說明成分均勻性不是太好,淬火后應力不均,容易變形,因此要嚴格控制材料。

1.2 鍛造工藝的影響和控制

鍛造工序對提高零件的性能作用很大,它能改善材料組織,消除材料一些缺陷,提高材料均勻性,但如鍛造工藝不當,可能形成過熱組織、折疊,殘留應力等缺陷,這些缺陷也將影響齒輪滲碳變形。

1.3 正火工藝的影響

正火是滲碳前的預處理,正火使組織更加均勻,是減小與防止零件熱處理變形的有效措施。

1.4 滲碳淬火的影響

(1)滲碳設備必須有良好的爐溫均勻性、密封性和氣氛的均勻性。否則爐中工件會由于爐溫或氣氛的不均勻而導致變形不均勻。

(2)工裝的裝夾應盡可能使工件加熱和冷卻均勻:a、軸類零件通常應豎放。b、裝夾時工件間應保持一定的距離,而且間隙應均勻,排列應有序,以確保氣氛流通均勻。裝夾的不規則與不合理,可能會導致爐內產生渦流,在渦流場的四周邊緣,氣流的速度與氣氛的濃度產生較大的變化,使滲碳效果不一樣,位于渦流區域,碳濃度高。因此工件的裝夾方式不當也會導致工件的變形量增大。

(3)工藝的影響。在滲碳淬火工藝方面,一般認為,降低滲碳溫度,降低淬火溫度可以減小淬火變形,控制滲層的碳濃度和濃度梯度,不僅能優化滲層組織,而且可以減小變形量,淬火過程對變形量也有影響,特別是油的攪拌對變形量也有影響。

2 對傳統工藝的分析和改進

該蝸桿材料為20CrMnTi,滲層要求為0.8-1.2mm,硬度HRC58-62,變形量小于0.5mm,傳統工藝是940℃滲碳,試棒達到了0.9mm時便擴散15min降溫至880℃時淬火,滲碳淬火后硬度為HRC58-62,但變形量大于0.9mm,全部要經過校直才能滿足客戶的要求,因此我們對原有工藝進行了改進,首先對原材料進行正火,正火工藝為940℃*4H,其次滲碳過程中降低蝸桿滲碳溫度,由原先的940℃調整為900℃,擴散時間延長為90min,然后隨爐降溫至830℃保溫40min后淬火,工藝曲線如下。(如圖1)

3 控制蝸桿滲碳變形量的措施

(1)零件處理前必須要求外協廠家提供原材料化驗單,確保材料合格。

(2)零件處理前必須要經過鍛打和正火。

(3)保證滲碳設備良好的爐溫均勻性、密封性和氣氛的均勻性。工裝能夠保證蝸桿滲碳和淬火時全部豎直放置,裝夾時工件間要保持一定的距離,間隙均勻、排列有序,不能允許其他零件搭班滲碳而不能合理裝排,從而破壞原有的均勻習性。

(4)滲碳過程嚴格執行改進后的工藝,嚴格控制滲碳過程中的每一個參數,確保滲碳過程完全按照工藝執行。

采取以上措施后,蝸桿的變形量控制在0.25mm以下,避免了校直這道工序,不但降低了操作者的勞動強度,而且降低了因校值而帶來的蝸桿批量報廢的風險,該工藝還應用于其他的滲碳淬火零件,取得了很好的效果,為生產解決了一個很大的難題。

參考文獻

[1] 化學熱處理[M].上海:上海市科學技術編譯館,1965.

[2] 夏立芳.金屬熱處理工藝學[M].哈爾濱工業大學出版社,2008.