40Cr齒圈支架調質工藝方案優化

牟海龍 丁福明 高婷葉 秦鵬濤 倪鵬

摘 要：齒圈支架作為雙極減速驅動橋輪邊部分重要的零部件，在輪邊減速總成部分與軸頭、齒圈等零件配合，承受較大的扭矩;因此，齒圈支架設計要求采用40Cr鍛后調質處理，抗拉強度達到880-1030N/mm?。在生產過程中發現，產品調質后精加工過程出現由于熱處理變形導致產品報廢。根據大量的實驗數據分析，將原因鎖定在裝爐方式不合理，導致零件產生變形;通過重新設計工裝，改變原有裝爐方式、裝爐數量等工藝參數不僅有效的控制了變形量，還明顯提高了生產效率。

關鍵詞：調質處理;變形量;報廢;生產效率

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）12-155-04

Abstract： Cogging bracket as an important part of the wheel side of the bipolar reduction drive axle， is coordinated with the shaft head and cogging bracket in the wheel side reduction assembly to bear large torque; therefore， the cogging bracket design requires the 40Cr post-forging modulation treatment and the tensile strength reaching 880-1030N/mm2. During the production process， it was found that the product was scraped due to heat treatment deformation in the post-conditioning and finishing process. According to the analysis of a large number of experiment data， it is unreasonable to confine the reason in the way of furnace loading which leads to the deformation of parts. By redesigning the tooling， changing the original way of furnace loading， changing the number of furnace loading and other technological parameters， we not only effectively controlled the deformation， but also significantly improved the production efficiency.

Keywords： Modulation processing; Deformation; Scrap; Production efficiency

CLC NO.： U466 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）12-155-04

1 工藝過程簡介

鍛件（采購）→粗加工→調質處理→精加工。

2 現狀介紹

2.1 工藝方法介紹如表1所示

2.2 零件信息

在下道工序加工時，車削底面端面存在熱處理變形導致零件尺寸加工不符合圖紙設計要求，如圖2所示。

通過對上道工藝進行確認，零件上道工序端面部位調質處理留單邊余量為1.5mm;并且，據統計由熱處理變形引起的下道工序加工問題比例約為2%。

2.3 使用工裝及裝爐方式介紹

齒圈支架淬火使用的工裝為通用性較強的淬火料筐，材質為耐熱鋼。料筐結構如圖3所示，裝爐方式為散裝入爐，如圖4所示：

3 原因分析

3.1 統計淬火

回火兩個步序的變形量，對20件零件進行標記，并相應的進行了數據統計，如表2所示。

數據分析：通過調質前尺寸檢測發現，粗車尺寸較為穩定，端面跳動控制在0.14-0.22mm;淬火和回火過程中淬火變形量較大，淬火后變形量在0.50-1.36mm范圍，回火后變化量較淬火增加0.02-0.14mm。根據上述數據分析零件變形量主要產生于淬火過程中。對上述零件進行精加工驗證分析，端面跳動≤1.20的零件經過機加工均能滿足設計要求。跳動>1.20均存在加工后尺寸不滿足設計要求。根據尺寸鏈計算以及考慮到加工過程中定位面的相關尺寸，符合現實情況。

3.2 淬火后對零件進行硬度檢測和金相組織檢測

對表2中變形量較小的7#、19#、20#和變形量較大的8#、12#、14#硬度均勻性進行了檢測，如表3所示：

為了便于金相檢測，對上述六件零件按照原工藝參數進行回火。并且回火后對編號為19#和14#的零件端面取樣進行金相組織分析：

從金相組織觀察，19#零件調質金相組織為回火索氏體組織+少量的島狀鐵素體（圖5），屬于合格組織。14#零件表面金相組織和心部金相組織均存在網狀先析鐵素體，先析鐵素體是淬火過程中冷卻緩慢導致奧氏體晶界析出鐵素體，當奧氏體中鐵素體有析出時奧氏體的碳含量會相對增加，使在同樣冷卻速度下更容易轉變為馬氏體組織[1];經過高溫回火后，先析鐵素體被保留下來，呈網狀分布;快冷的馬氏體組織經過高溫回火后碳化物析出彌散形成了回火索氏體組織。

淬火加熱和冷卻，尤其是冷卻過程中產生的熱應力和組織應力都會使淬火工件形狀和尺寸發生變形，形成畸變[2]。由于金相組織轉變過程中，馬氏體、鐵素體、珠光體等比體積存在差異，在淬火過程中相變的差異性、內應力不均勻的變化導致宏觀表現為零件變形較大。