閥片熱處理工藝研究

劉景巖

（河北省電焊機(jī)股份有限公司，河北 衡水 053000）

閥片熱處理工藝研究

劉景巖

（河北省電焊機(jī)股份有限公司，河北 衡水 053000）

閥片是用于壓縮機(jī)上的一個(gè)重要零件，由于閥片的翹曲變形難于控制，廢品率很高，一次加工合格率僅為20%左右。通過(guò)改進(jìn)熱處理工藝方法及工藝參數(shù)，使閥片一次加工合格率達(dá)到80%；在對(duì)不合格品進(jìn)行回火及后續(xù)冷加工處理后，總合格率可達(dá)到96.7%。

壓縮機(jī)閥片；30CrMnSiA；熱處理工藝；等溫淬火

閥片在壓縮機(jī)上起到控制壓力及密封氣缸的作用，它是在交變載荷、沖擊和摩擦條件下工作的。必須具備高的疲勞強(qiáng)度和耐磨性、足夠的沖擊韌性、較高的幾何精度、較低的表面粗糙度和平面度。由于閥片尺寸一般是直徑大（D＞100mm）而厚度薄（1mm～2mm），在淬火過(guò)程中最易產(chǎn)生翹曲變形。若閥片的平面度超差，則會(huì)產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象，使壓縮機(jī)的壓力降低，氣量減少，無(wú)用功增加，化肥產(chǎn)量降低。

1.閥片材料、工藝路線、原熱處理工藝及主要技術(shù)要求

1.1閥片材料30CrMnSiA

1.2閥片工藝路線

落料—粗磨兩平面—淬火及回火—半精磨兩平面—磨內(nèi)外園—倒角—精磨兩平面—防腐包裝—成品入庫(kù)

1.3閥片原熱處理工藝

1.3.1裝夾。如圖1所示。

1.3.2淬火。在鹽浴爐中加熱到900℃～920℃，保溫8～10分鐘，油淬到80℃以下，清洗，開(kāi)夾，再清洗。

1.3.3回火。在箱式爐中加熱到440℃～460℃，保溫2小時(shí)，出爐水冷。回火裝夾如圖1所示。

1.4閥片主要技術(shù)要求

1.4.1硬度：HRC40～50，同一片上的硬度偏差小于HRC3。

1.4.2平面度見(jiàn)表1。

1.5質(zhì)量檢查

在實(shí)際生產(chǎn)中，每道工序后都測(cè)量平面度，對(duì)各個(gè)工序出現(xiàn)的不合格品，需再次進(jìn)行去應(yīng)力回火定型，返回到相應(yīng)工序返修，這種情況往往需要反復(fù)3、4次。經(jīng)返修仍不合格，將做報(bào)廢處理，造成材料、工時(shí)和能源的大量耗損。

圖1　淬火、回火夾具

2.試驗(yàn)設(shè)備及方法

2.1試驗(yàn)設(shè)備

75kW內(nèi)熱式鹽浴爐、自制硝鹽爐、45kW箱式爐、洛氏硬度計(jì)（HRC）、鉗工平臺(tái)、塞尺等。

2.2試驗(yàn)用閥片材料、數(shù)量及尺寸

閥片材料為30CrMnSiA，數(shù)量30片，外徑102mm，厚度2.0mm。

2.3熱處理工藝

經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)，采用正交試驗(yàn)法確定了如下工藝參數(shù)：

2.3.1等溫淬火工藝

淬火加熱溫度870℃～890℃，加熱時(shí)間3.5分鐘，等溫淬火溫度330℃～350℃，等溫時(shí)間12～15分鐘。

等溫淬火加熱時(shí)，采用吊掛的方式，每片受熱更加均勻。

2.3.2回火工藝

將等溫淬火后的閥片，按圖1裝夾。回火加熱溫度為390℃～400℃，保溫1小時(shí)后，出爐空冷至室溫。

2.4質(zhì)量檢測(cè)

2.4.1硬度

在等溫淬火與回火后的閥片中，隨機(jī)抽取10片測(cè)量硬度，列示于表2。

淬火后的閥片硬度在HRC42～46的范圍內(nèi)；回火后在HRC40.5～44范圍內(nèi)，且同一片上的硬度值之差小于HRC3，完全符合技術(shù)要求（HRC40～50）。

2.4.2平面度

閥片平面度匯總情況列于表3。

說(shuō)明：本次試驗(yàn)的閥片質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是：平面度≦0.04為一級(jí)品，＞0.04～0.06為合格品，＞0.06為不合格品。一次加工處理是指：以上列表中任一加工工序完成后，平面度指標(biāo)無(wú)論是否合格，均不進(jìn)行返工返修。

表3中，經(jīng)一次加工處理后，還有6片平面度指標(biāo)超差，見(jiàn)表4。

對(duì)表4中6片超差的閥片，再經(jīng)過(guò)一次390℃～400℃裝夾回火1小時(shí)后，按閥片正常工藝路線，再進(jìn)行一次加工處理后，只剩下一片超差，見(jiàn)表5。

這一片用反向校平法調(diào)整后，平面度為0.05mm，符合技術(shù)要求。

表1　閥片平面度允許偏差 單位（mm）

表2　閥片硬度檢測(cè)記錄表（HRC）

表3　不同平面度范圍的閥片數(shù)量（一次加工處理）

表4　一次加工處理后超差閥片的平面度數(shù)值

表5　再次一次性加工處理后的平面度數(shù)值

3.分析與討論

3.1原淬火回火工藝分析

閥片材料是30CrMnSiA，其Ac3，為830℃。原工藝采用多片裝卡后淬火，因此，淬火溫度確定為900℃～920℃，比正常的加熱溫度高40℃～60℃；另外，在油中淬火時(shí)，閥片的出油溫度在80℃以下，比正常的出油溫度低了近100℃，因而造成較大的熱應(yīng)力。閥片淬火后獲得了混合馬氏體組織，因馬氏體組織的比容大，故產(chǎn)生了較大的組織應(yīng)力。由于這兩種應(yīng)力共同作用的結(jié)果，將導(dǎo)致閥片產(chǎn)生不均勻的塑性變形，即翹曲變形，這是淬火變形的根本原因。此后，雖然經(jīng)過(guò)440℃～460℃的回火，其內(nèi)應(yīng)力得到了一定程度的釋放，但仍存在較大的殘余應(yīng)力。故在經(jīng)過(guò)每一道機(jī)加工工序后，因幾何尺寸的變化，破壞了原先內(nèi)應(yīng)力的平衡，結(jié)果又引起了新的變形。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生這樣的情況：即上一道工序平面度合格的產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)下一道工序加工后，又出現(xiàn)不合格品。這就是原工藝產(chǎn)生大量廢品的真正原因。

由于淬火時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，故淬火變形是不可避免的。但是，通過(guò)改變淬火方式，盡量減少淬火應(yīng)力，來(lái)減小變形則是可能的。等溫淬火就是減小淬火變形的重要方式之一。

3.2等溫淬火對(duì)金相組織和翹曲變形的影響

閥片在330℃～350℃等溫淬火，獲得下貝氏體及少量殘留奧氏體，在等溫淬火時(shí)，由于冷卻速度低，且下貝氏體的比容較小，熱應(yīng)力和組織應(yīng)力均很小，故翹曲變形也很小。30CrMnSiA鋼是回火脆性敏感的一種鋼，采用貝氏體等溫淬火來(lái)代替獲得回火馬氏體的淬火和回火處理，將會(huì)獲得比回火馬氏體更高的綜合機(jī)械性能，顯示出下貝氏體組織的明顯的優(yōu)越性，由于等溫淬火和隨后的回火，使閥片中的內(nèi)應(yīng)力更低，因此，在很大程度上消除了變形的根源。這就是為什么本次試驗(yàn)中的閥片，隨著機(jī)加工工序的進(jìn)行，不像原工藝一樣產(chǎn)生新的翹曲變形，而是像表3所示平面度合格數(shù)量逐漸增加，一次加工合格率明顯提高的根本原因。

由表4可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)一次性機(jī)加工工序處理不合格的6片閥片，實(shí)際上平面度超差不大，主要是因?yàn)橄仑愂象w的組織穩(wěn)定，內(nèi)應(yīng)力很小。所以，再經(jīng)一次裝夾回火，只剩下一片不合格。這樣只需經(jīng)一次回火返修，合格率就達(dá)到96.7%。

4.結(jié)論

4.1原工藝的淬火加熱溫度偏高，淬火出油溫度偏低，熱應(yīng)力和組織應(yīng)力均很大，翹曲變形難以控制，故一次加工處理合格率非常低，且隨著機(jī)加工各工序的進(jìn)行，產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力平衡不斷遭到破壞，進(jìn)而不斷出現(xiàn)新的不合格品。

4.2采用等溫淬火工藝后，由于閥片內(nèi)部組織內(nèi)應(yīng)力較小，機(jī)加工工序已不能破壞內(nèi)應(yīng)力的平衡，且能通過(guò)磨削加工，降低平面度誤差，故一次加工處理合格率為原工藝的4倍，平面度合格率大幅度提高，達(dá)到80%。

4.3一次加工處理后的不合格品，再經(jīng)過(guò)一次裝夾回火返修后，總合格率達(dá)到96.7%。剩余不合格品，也因平面度超差較小，采用反向校平法也很容易達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

［1］賀運(yùn)初.氣閥對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)主要性能的影響分析［J］.中氮肥，2010（6）：5-7+19.

［2］林祥華.利用正交試驗(yàn)優(yōu)選熱處理工藝［J］.內(nèi)燃機(jī)與配件，2014（2）：21-25.

TG113

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