淺談某工裝在熱處理中變形的工藝改進

王希多 于世明 張景民 張 英（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

淺談某工裝在熱處理中變形的工藝改進

王希多 于世明 張景民 張 英
（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

軀座（俗稱拉刀盒子）是拉刀加工零件中不可缺少的一項工夾具，它的熱處理變形問題一直限制技術水平的提高。本文對軀座熱處理變形進行工藝分析，對加熱溫度、升溫速度、回火、校正、包裝進行實驗、分析、改進，使軀座熱處理變形問題得以解決。

軀座；變形；控制

1 引言

軀座（俗稱拉刀盒子）它的主要用途是拉刀加工零件中的輔助工具。軀座長1650mm、寬116mm、高70mm，由24-Φ7/Φ11、28-Φ9/Φ26組成，技術要求端面與底面相對∥⊥0.02mm，局部要求硬度HRC54-58。軀座的熱處理變形、甚至裂紋造成產品的返修、報廢、嚴重影響產品質量及制造周期。

2 試驗用鋼和試驗方法

2.1 試驗用鋼

軀座采用CrWMn材料，它的化學元素含量大致為：C：0.90-1.05%；Si≤0.40%；Mn：0.8-1.10%；Cr：0.9-1.20%；W：1.20-1.60%。CrWMn鋼具有淬火硬度高、耐磨性好、淬透性好，且碳化物細小、淬火后晶粒細小等優點。同時，對形成碳化物比較敏感，這種網狀碳化物的存在使鋼的韌性變壞，零件的薄弱部分易于變形、裂紋，所以應嚴格控制熱加工工藝。

2.2 試驗方法

2.2.1 不裝包，電爐加熱。低于300℃裝爐，隨爐升溫至820℃-840℃加熱，保溫3.5h-4h，出爐，在油冷卻至200℃左右出油，熱校正。電爐回火，溫度180℃，時間8h，回兩次火。變形情況：底面凸出12mm-13mm，熱校后底面仍凸出4mm-5mm，并且上面沉頭孔裂紋多處。檢驗硬度HRC55-58，形腔中間表面部分脫碳，表面硬度不均。整個工件由于變形3mm-5mm及孔裂紋，報廢。

2.2.2 裝包，并用黃土及水玻璃封孔，底面墊平。電爐加熱，低于300℃裝爐，隨爐升溫至820℃-840℃加熱，保溫3.5h-4h，出爐，在油冷卻至200℃出油，熱校正。電爐回火，溫度180℃，時間8h，回兩次火，變形情況：底面凸起9mm-10mm，熱校后，變形為底面凸出2mm-3mm，并且中間孔個別裂紋，變形不合格。檢驗硬度HRC57-58，型腔中間部分、表面硬度均勻。

2.2.3 工藝分析

由上述工藝進行熱處理后，工件存在以下問題：變形大、壓裂紋。對上述整個工藝流程分析，導致工件熱處理后主要問題是變形問題。根據生產經驗及實際解決的問題確定以下5項主要因素。

3 因素分析

3.1 加熱溫度高：不裝包加熱，零件型面脫碳。零件用碳包裝包，并用黃土堵死通孔，增加了工件的有效厚度，致使加熱保溫時間延長，延長了工件在高溫的停留時間，一般會增加鋼的變形傾向。所以應當盡量降低工件的最高加熱溫度。由于CrWMn鋼的AC1點為750℃，所以該工件在810℃-820℃，硬度可達到HRC60以上。

3.2 設備升溫速度過快，從300℃直接升到830℃，會在淬火加熱工件的截面產生很大的溫差。由于工件表面與心部的溫差必然形成很大的瞬時內應力，這樣就容易引起工件變形。當內應力超過鋼的強度指標，還可能造成開裂，如果采用T型升溫，控制升溫速度，對零件變形問題會更好一些。

3.3 回火不合理。回火過程是淬火馬氏體向回火馬氏體轉變的過程，同時殘余奧氏體分解。經過低溫回火的工件，殘余內應力只能部分被消除，所以回火時間應該適當延長。將回火溫度提高到200℃，可以有效消除部分殘余奧氏體。再增加一次時效（即低溫回火），殘余應力消除的會更好一些。

3.4 校正不好。CrWMn軀座油冷后出油溫度非常重要。此鋼種要求硬度高，且型面復雜，故只能進行熱壓。根據鋼的C曲線可知Ar1為710℃，MS點為260℃，所以在保證硬度的前提下，出油溫度應該MS點以上，這樣零件就可以校正。在校正過程中，由于奧氏體向馬氏體轉變，在工件溫度低于150℃時，應該停止校正，否則工件在薄弱地點產生裂紋。

3.5 裝包工件同樣重要。軀座長度很長，并且用黃土堵住通孔，應該利用鋼的熱應力與組織應力的相互作用關系，使工件中部自然下沉（奧氏體塑形好，高溫下變形好）。這樣淬火過程工件變形就很小。

圖1 加熱溫度與時間的控制圖

4 改進工藝

4.1 三檢。按三檢制進行。

4.2 裝空心碳包。首先用水玻璃加黃土把上面槽和孔堵死。黃土面在下面，并用11毫米銅片把兩頭墊上，裝有木炭，然后蓋上包蓋，用沙子封嚴。

4.3 加熱電爐（如圖1所示）。

4.4 冷卻：將零件用吊車吊起尾部放在50℃-80℃油中冷卻，7分鐘（零件此時溫度300℃以上）出油，馬上將槽中泥土取出。趁熱校正。

4.5 校正：采用校正工藝，零件溫度低于150℃，停止校正。

4.6 回火：電爐，溫度200℃，保溫時間10h，出爐空冷，兩次回火。

4.7 時效：點爐，溫度140℃，保溫時間14h。

4.8 檢驗HRC54-58，并且零件表面無裂紋，碰傷，變形符合要求。

結語

改進工藝后，工件經810℃-820℃保溫后，拆包，用吊車吊起，工件底面凹10mm-11mm。油冷至300℃-350℃出油，這時，底面凹出1-2mm（實際反彈8-9mm），熱校壓黃土面（奧氏體向馬氏體轉變時），變形小于1mm，孔未裂紋。回火后，變形符合要求。硬度HRC55-56，各項指標滿足了產品性能要求，合格發出。

[1]劉宗昌.鋼件淬火開裂及防治方法[M].北京：冶金工業出版社，2008.

[2]楊秀英，劉春忠.金屬學及熱處理[M].北京：機械工業出版社，2010.

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