金屬材料熱處理變形的影響因素和控制策略

趙 行，肖 捷

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710077）

熱處理技術(shù)主要是通過對金屬材料進(jìn)行熱加工而改變金屬材料的外在物理屬性或者是其內(nèi)在的化學(xué)性質(zhì)。熱處理過程，因?yàn)榱慵崽幚磉^程內(nèi)部存在熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，所以不可避免的存在零件變形問題。如何減少變形，保證零件熱后尺寸就是我們迫切需要解決的問題。針對我公司產(chǎn)品變速箱齒輪而言，熱處理變形主要影響齒輪裝配精度，輕則行駛中異響，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致掛擋失敗甚至變速箱打齒。下面筆者就我公司某代表性零件舉例說明我們在減少零件熱后尺寸變形的一些探索[1]。

1 存在的問題

從2017年開始，公司某款同步器齒轂（材料20CrMnTi）經(jīng)常出現(xiàn)由于周節(jié)累積誤差過大而無法裝配的現(xiàn)象，二月初出現(xiàn)批量無法裝配的現(xiàn)象[2]。設(shè)計(jì)要求周節(jié)累積誤差小于0.13mm。通過數(shù)據(jù)測量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)周節(jié)累積誤差大于0.20mm以上會(huì)造成無法裝配；當(dāng)處于0.15mm～0.20mm之間時(shí)裝配時(shí)有卡滯；當(dāng)小于0.15mm時(shí)，裝配較順利。

圖1 同步器齒轂簡圖

2 采取的措施

（1）通過調(diào)整淬火介質(zhì)、攪拌強(qiáng)度、滲碳淬火溫度、裝卡方式等多種途徑，對該批次零件進(jìn)行多輪工藝試驗(yàn)，該批次零件的材料淬透性信息及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表。

表1 出現(xiàn)批量無法裝配批次D17A25400、D17A25409零件的淬透性信息

表2 D17A25400、D17A25409兩個(gè)批次零件的試驗(yàn)結(jié)果

（2）對從庫里挑出的淬透性偏低的D17B21509批次的零件進(jìn)行類似的工藝驗(yàn)證，結(jié)果如下。

表3 淬透性偏低的D17B21509批次的零件淬透性信息

表4 淬透性偏低的D17B21509批次的零件的工藝驗(yàn)證結(jié)果

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）該類零件在熱油熱處理后的變形小于在G油熱處理的。同設(shè)備同工藝情況下，攪拌速度降低有助于減小變形。

（2）20CrMnTiH材料端淬值偏下限的變形小于材料端淬值偏上限的。

（3）該類零件平裝熱處理變形明顯小于串裝熱處理，到目前為止，平裝熱處理的零件可基本滿足設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的要求，但平裝生產(chǎn)產(chǎn)能會(huì)有一些損失。

4 原因分析及后續(xù)改進(jìn)

4.1 原因分析

（1）零件在試制開發(fā)進(jìn)行冷熱配合變形實(shí)驗(yàn)時(shí)不充分，對于零件合格與否的判定缺乏數(shù)據(jù)支撐，且未充分考慮20CrMnTiH材料淬透性處于極端狀況下的零件變形情況。

（2）零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整變化后，未重新進(jìn)行充分的冷熱變形實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證便批量生產(chǎn)。

（3）齒轂類零件大多屬于薄壁易變形零件，但該類零件未列入原材料信息重點(diǎn)跟蹤的四大類零件，存在出現(xiàn)問題無法追溯的現(xiàn)象。

4.2 后續(xù)改進(jìn)

（1）已簽訂低淬透性20CrMnTiH1的鋼材技術(shù)協(xié)議，待該材料的零件毛坯到位后，重新進(jìn)行冷熱配合試驗(yàn)，進(jìn)行工藝驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果考慮切換20CrMnTiH1的鋼材。

（2）對齒轂類零件的平裝工裝重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，力爭平裝比串裝的產(chǎn)能損失控制在15%以內(nèi)[3]。

（3）將產(chǎn)量較大常見同步器零件納入了重點(diǎn)跟蹤的四大類零件目錄，便于產(chǎn)品質(zhì)量問題分析及產(chǎn)品追溯[4]。

5 結(jié)語

綜上所述，金屬材料熱處理變形是我國當(dāng)前一個(gè)主要的問題。因此，為了更好的解決金屬材料在熱處理過程中所引發(fā)的變形問題，需要不斷地對引發(fā)金屬材料變形的因素進(jìn)行分析；根據(jù)其因素制定出有針對性的措施，以更好地減少在對金屬材料熱處理過程中所引發(fā)的變形現(xiàn)象，更好地讓我國的金屬材料以更佳的狀態(tài)被應(yīng)用在各行各業(yè)中。