35鋼薄壁盤形件調質工藝改進

文/鄭俊濤，莊曉偉，文杰，孫躍·江蘇龍城精鍛有限公司

35鋼薄壁盤形件調質工藝改進

文/鄭俊濤，莊曉偉，文杰，孫躍·江蘇龍城精鍛有限公司

鄭俊濤，熱處理工程師，主要從事鍛件和模具熱處理工作，主持完成模具真空淬火工藝改進項目和曲軸、轉向節等鍛件余熱淬火項目，擁有1項專利。

35鋼薄壁盤形件調質存在軟點和硬度均勻性差等問題，調質后表面硬度最大相差64HB，心部硬度最大相差72HB。通過分析零件的冷卻過程，有針對性地改進網帶淬火槽攪拌系統，增強淬火落料口的攪拌，提高工件入水段的冷卻速度，解決了上述問題。通過改進，調質后同一工件表面硬度最大相差12HB，心部硬度最大相差20HB，同批工件表面硬度最大相差22HB。

35鋼常用于制造叉類、突緣和盤類零件，由于材料淬透性差，當調質硬度和金相組織要求較高時，需要采用水或水基淬火液作為淬火介質并強烈攪拌。而企業里的調質爐通常采用通用設計，淬火冷卻能力通常達不到35鋼零件的要求，在進行35鋼調質處理時，容易出現淬火軟點和硬度偏低的問題。

某35鋼薄壁盤形零件，直徑192mm，最大壁厚9mm，零件重量1.8kg，調質要求為表面硬度和心部硬度達到270～355HB，采用網帶調質爐0.2%PVA淬火液調質，由于形狀效應，在盤形件拐角處存在軟點，調質處理后硬度均勻性差。調質處理后，實測表面硬度264～328HB，最大相差64HB；心部硬度244～316HB，最大相差72HB。軟點主要分布在拐角處，其他部位也有少量分布。軟點處金相組織有網狀鐵素體析出。根據零件冷卻耗時短以及35鋼臨界冷卻速度要求高的特點，將網帶淬火槽攪拌泵前移，使噴射管出口位于淬火落料口處，通過噴射冷卻使冷卻過程提前由蒸汽膜階段進入沸騰階段，解決了軟點和硬度均勻性差的問題。

試驗材料與方法

試驗零件材料牌號35，其化學成分如表1所示。

零件結構圖和硬度檢測點見圖1。調質零件表面硬度檢測三個點，心部硬度檢測五個點，檢測設備為布氏硬度計。

表1 試驗鋼的化學成分（質量分數，%）

圖1 零件結構及心部硬度測量點

采用網帶調質爐進行試驗，淬火加熱溫度870±10℃，加熱時間60min，淬火介質為水或水基淬火液，淬火液溫度≤40℃，回火加熱溫度410±20℃，加熱時間130min。熱處理工藝曲線圖見圖2。

圖2 熱處理工藝曲線圖

試驗方法為：①采用0.2%PVA作為淬火介質測試；②采用水作為淬火介質測試；③采用水作為淬火介質的同時，增強淬火落料口區域的攪拌。

試驗結果與分析

采用0.2%PVA淬火介質

采用0.2%PVA淬火介質調質處理后抽檢3件，硬度檢測結果見表2。

從表2心部硬度檢測值可以看出，硬度最低點出現在檢測點2，即零件拐角處。金相組織中有網狀鐵素體析出，淬火過程中冷卻速度不足是造成軟點和硬度不均勻的主要原因。

采用水作為淬火介質

采用水作為淬火介質調質處理后抽檢3件，硬度檢測結果見表3。

對比表2和表3可以看出，將淬火液由0.2%PVA改為水后，仍存在軟點和硬度均勻性差的問題。

增強淬火落料口區域的攪拌

35鋼淬透性差，盤形零件由于形狀效應，各個部位的冷卻特性差異大，內凹角的冷卻速度只有盤面部分的1/3，盤形零件對冷卻速度的要求要比球形及圓柱形零件高。

表2 采用0.2%PVA淬火介質調質硬度檢測結果

表3 采用水作為淬火介質調質硬度檢測結果

圖3 淬火槽攪拌泵改造示意圖

薄壁零件水冷過程極短，按單液淬火水冷時間2～3mm/s經驗估算，該零件理論上只需要3～5秒就可以完成淬火過程，即工件在淬火落料區域就需要強烈攪拌，才能消除軟點。

綜合以上分析，軟點和硬度均勻性差等問題是由于淬火初始階段冷速不足造成的。因此，將淬火槽攪拌泵出水口前移至落料口區域，加強淬火初始階段的攪拌速度。淬火槽攪拌泵改造示意圖見圖3。

改進攪拌后表面硬度和心部硬度檢驗結果見表4和表5。心部金相組織見圖4。

改進攪拌后調質處理，同一工件表面硬度最大相差12HB，心部硬度最大相差20HB，同批工件表面硬度最大相差22HB。心部金相組織，按照GB/T 13320判定組織為1級，回火索氏體。后續進行小批量和批量化生產，沒有發生軟點和硬度不均勻現象。

表4 改進攪拌后表面硬度檢驗結果

表5 改進攪拌后心部硬度檢驗結果

圖4 改進攪拌后心部金相組織（回火索氏體1級，500倍）

結論

⑴零件入水初始階段冷速不足是造成軟點和硬度均勻性差等問題的主要原因。

⑵針對薄壁零件冷卻過程短，35鋼對冷速要求高的特點，通過設備改造，將攪拌系統前移，使工件在落料過程中受噴射攪拌的作用快速冷卻，解決了軟點和硬度不均勻等問題。