軸承蓋高溫形變熱處理

朱正才

（南京交通職業技術學院，江蘇 南京 211188）

1 前言

形變熱處理是近年來發展起來的一項熱處理新工藝。它是在金屬材料上有效利用形變強化和相變強化，將壓力加工與熱處理相結合，使成形工藝和最終性能統一起來的一種工藝方法。它不但能夠得到一般加工方法所達不到的高強度與高塑形的良好結合，并且還能簡化鋼材或零件的生產流程而帶來明顯的經濟效益。形變熱處理分為高溫形變熱處理[1]和低溫形變熱處理兩類。高溫形變熱處理是將鋼加熱至穩定奧氏體區，保持一段時間，在該溫度下變形，隨后立即快冷至一定溫度，以獲得所需組織。

形變熱處理的實質就是在材料的奧氏體區域內，對鋼材進行塑性變形，隨后利用鍛造余熱進行淬火，以固定在形變過程中所具有的特殊組織形態，從而提高材料的塑形、韌性及強度。

凡經鍛造加工的普通碳素結構鋼、合金鋼和不銹鋼等的毛坯調質件以及軋制的環類件，都可以進行形變熱處理。這種工藝不僅所需設備簡單，投資耗費少，而且操作技術也不復雜，容易掌握。既節約了能源，降低了成本，又可縮短施工周期，確保質量。

2 軸承蓋新老熱處理工藝比較

軸承蓋是機械壓力機曲軸部位滑動軸承上的重要零件，在使用中，受到復雜載荷的作用，需要具備較高的綜合機械性能。鍛件如圖1所示。鍛件質量6.5kg，材質45鋼，熱處理要求調質217～255HBS。

圖1 軸承蓋鍛件圖

老工藝鍛造及熱處理工藝規范為：在燃煤反射爐中加熱到1200℃始鍛溫度[2]，在750kg空氣錘上胎膜鍛，鍛后在空氣中冷卻，然后正火，再經調質（淬火，高溫回火）處理，其加熱曲線如圖2所示。其工藝流程為：

圖2 鍛造加熱及調質過程

形變熱處理工藝過程如圖3所示。

綜合以上兩種熱處理工藝，其流程如圖4所示。

從圖中可以看出，原工藝鍛造完工后，需經正火加熱，淬火才能高溫回火，而且費時較多。新工藝省去了正火、淬火的加熱，節省能源，縮短生產周期，減少造成質量事故的機會。

圖3 鍛造加熱調質過程

圖4 常規工藝與鍛熱調質工藝流程比較

3 形變熱處理工藝規范

鍛造前，將爐溫加熱到1350℃，實際的始鍛溫度為 1250℃～1300℃，終鍛溫度為 1000℃～950℃，切邊后保證溫度高于900℃。將鍛件放入油或水中淬火，570℃回火100分鐘出爐空冷。

4 數據分析

4.1 探傷

油淬試件10件，抽取5件進行磁粉探傷，未發現有影響強度的裂紋。水淬試件10件，全部進行磁粉探傷，其中6件發現有裂紋。該裂紋的長度為20mm～55mm不等。深度為＜1.5mm。測試結果表明，用水冷卻的能力高，冷卻速度快，易產生內應力，高溫淬火會導致鍛件開裂，所以選擇油淬是合理的，能完全避免裂紋的產生。

4.2 硬度

對10件油淬試件進行硬度測試（在軸承蓋兩連接板平面上），硬度值見表1。從表中可看出，每個連接板上不同的位置上測量的硬度值是基本均勻的。

表1 形變熱處理不同位置硬度值（HRC）

4.3 金相

（1）普通調質金相。金相組織為片狀索氏體與呈白色網狀分布的鐵素體，顯微硬度HBS185。由顯微組織可以看出，試樣的淬火溫度偏低Ac1附近，未能獲得調質效果，如圖5所示。

（2）形變熱處理金相。金相組織肌體為細片狀索氏體及白色網狀鐵素體，顯微硬度HBS230。針狀鐵素體由晶界向晶內延伸，有輕微的魏氏組織，如圖6所示。

（3）普通調質與形變熱處理金相比較。形變熱處理金相基本符合要求，但出現了少量的魏氏組織。其原因是鍛后溫度高，放入油中淬火時間間隔較長，使得晶粒粗大。

圖5 普通調質金相（400×）

圖6 形變熱處理金相（400×）

（4）壓力實驗。壓力實驗表明，形變熱處理后制件的屈服極限達到360MPa，而普通調質制件的屈服極限350MPa。形變熱處理后制件的綜合機械性能大大優于普通調質工藝的綜合機械性能。經過形變熱處理的軸承蓋可提高實際使用的可靠性。

5 強化機理分析

金屬的強度取決于原子間結合力及組織狀態兩大因素[3]。融入肌體中的合金元素只能在大的范圍內改變原子間結合力。而各種加工處理過程只能改變組織狀態。

提高金屬強度的途徑有二：其一是盡可能減少金屬的組織缺陷，使之接近于理想的完整晶體；其二是在有缺陷的工業材料上通過一定的加工處理引入大量的位錯以及造成阻止位錯運動的障礙。這樣，因位錯本身的相互纏繞或受溶質原子、沉淀相、晶界和亞組織等所構成的障礙阻塞，造成晶格滑移困難，從而達到提高強度的效果。

6 結束語

在金屬材料上合理綜合運用形變強化與相變強化工藝，可得到更加滿意的強化效果。對一些重要零件的強化，提高綜合機械性能，具有重大實際意義。

[1] 王健安.金屬學與熱處理[M].北京：機械工業出版社，1996.

[2] 鍛壓手冊編委會.鍛壓手冊（第二版）[M].北京：機械工業出版社，2002.

[3] 朱正才.Cr12MoV鋼的鍛造與熱處理[J].熱加工工藝，2009，（19）：166-167.