亞溫分級(jí)淬火工藝

■ 陳金榮

工件的淬火變形問(wèn)題是當(dāng)今熱處理行業(yè)，乃至機(jī)械制造行業(yè)的重大難題。變形問(wèn)題控制難的原因有：

（1）變形問(wèn)題“太復(fù)雜”和“牽涉面太廣”，從零件設(shè)計(jì)、鋼材品種及其質(zhì)量、冷熱加工和人為因素到熱處理生產(chǎn)的各個(gè)細(xì)節(jié)，都可能成為淬火變形的影響因素。

（2）淬火變形“幾乎無(wú)規(guī)律可循”。解決淬火變形問(wèn)題的措施太多，且“時(shí)靈時(shí)不靈”，常讓人無(wú)所適從。

1.工藝瓶頸

我公司某產(chǎn)品上有個(gè)關(guān)鍵主件，工作時(shí)所受的負(fù)荷相當(dāng)復(fù)雜，既要求具有高的硬度、耐磨性和強(qiáng)度，又要求具有較高的塑性和韌性，熱處理畸變小。工件形狀如附圖所示。

工件的工藝流程：下料→鍛造→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→熱處理→表面處理→裝配。

材料：40Cr；熱處理技術(shù)要求：硬度為37～44HRC，熱處理后4個(gè)大面的平面度≤0.05mm。壽命試驗(yàn)時(shí)工件不得變形破損。

由于該工件的形狀復(fù)雜，不同部位的厚薄尺寸懸殊較大，結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性差，材料的淬透性不高，經(jīng)采用多種傳統(tǒng)的熱處理工藝進(jìn)行淬火試驗(yàn)變形量均較大，達(dá)不到熱處理技術(shù)要求，特別是兩側(cè)面彎曲變形達(dá)直線度1mm左右。

采用冷校正挽救，由于工件硬度較高，加上工件有些部位的壁厚較薄，100%產(chǎn)生校裂。熱處理變形成了工件制造的瓶頸。

2.工藝試驗(yàn)

為了解決工件的熱處理變形，最后通過(guò)多次試驗(yàn)采用亞溫分級(jí)淬火工藝。具體工藝如下：

（1）零件的綁扎 用鐵絲捆綁工件，單件為一掛，φ12.5mm的孔朝上。

（2）淬火加熱 采用懸吊方式，零件之間保持適當(dāng)間隙，設(shè)備為鹽浴爐 （50%氯化鉀+50%氯化鈉），工藝為780～790℃×6min。

（3）淬火冷卻介質(zhì) 硝鹽（55%硝酸鉀+45%亞硝酸鈉）160～200℃，保持5min后空冷至硝鹽發(fā)白。

（4）回火 硝鹽爐（55%硝酸鈉+4 5%亞硝酸鈉）440℃×20min，水冷。

（5）其他工序 酸洗、檢驗(yàn)硬度及變形量和磁粉檢測(cè)。

3.試驗(yàn)結(jié)果

淬火后硬度：50～52HRC；回火后硬度：40～41HRC；變形量：4個(gè)大面的變形量直線度均小于0.05mm；熱處理后的零件經(jīng)磁粉檢測(cè)均無(wú)裂紋；工件經(jīng)壽命試驗(yàn)合格。

4.討論

亞溫淬火是亞共析鋼工件在Ac1～Ac3溫度區(qū)間奧氏體化后淬火冷卻，獲得馬氏體及鐵素體組織的淬火。采用亞溫淬火工藝，既能賦予材料良好的綜合性能，又能解決在實(shí)際生產(chǎn)中工件的淬火變形和開(kāi)裂。

亞溫淬火組織中存在未溶鐵素體，從理論分析可知，鐵素體的比體積比馬氏體的小，故鐵素體的存在可減少淬火冷卻過(guò)程中奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體所產(chǎn)生的組織應(yīng)力，從而減小淬火鋼的變形和開(kāi)裂的傾向。

鐵素體為韌性相，能松弛淬火冷卻時(shí)奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變所引起的應(yīng)力集中，另外亞溫淬火組織中馬氏體量少一些，組織應(yīng)力較小，由于減小了相變應(yīng)力，必然減小因相變應(yīng)力而引起的變形和開(kāi)裂傾向。

亞溫淬火時(shí)，工件系從兩相區(qū)冷卻，其加熱溫度遠(yuǎn)低于常規(guī)完全淬火的單相區(qū)加熱溫度，因而淬火冷卻時(shí)工件表里溫差較小，所以產(chǎn)生的熱應(yīng)力亦較小，從而可減小因熱應(yīng)力而引起的變形和開(kāi)裂傾向。

工件圖

分級(jí)淬火是將工件加熱至奧氏體化后浸入溫度稍高或稍低于Ms點(diǎn)的堿浴或硝鹽浴中保持適當(dāng)時(shí)間，在工件整體達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷以獲得馬氏體的淬火。

分級(jí)冷卻的主要目的，就是減小工件表面和心部，以及工件的薄壁處與厚壁處的溫差，從而減小工件表面和各處溫差所造成的熱應(yīng)力；另外，還能可靠地控制工件轉(zhuǎn)入緩慢冷卻和緩慢相變的過(guò)程，從而減小相變過(guò)程中的組織應(yīng)力。

亞溫分級(jí)淬火實(shí)際上是亞溫淬火和分級(jí)淬火有機(jī)組合的熱處理，利用各自工藝方法的優(yōu)點(diǎn)，有效地減小工件的淬火變形。

5.結(jié)語(yǔ)

（1）亞溫分級(jí)淬火工藝對(duì)減小工件熱處理變形有亞溫淬火和分級(jí)淬火減小變形的疊加效果。

（2）最優(yōu)化的熱處理工藝不可能是千篇一律的，同種材料的各項(xiàng)性能都會(huì)因熱處理方法及其工藝參數(shù)的不同而改變，各項(xiàng)性能指標(biāo)又常常此消彼長(zhǎng)。

（3）選擇合適的熱處理工藝參數(shù)，獲得與工件的使用狀況和失效方式相適應(yīng)的最佳綜合性能，才有可能制造出高質(zhì)量的產(chǎn)品。

20150206