彈性?shī)A箍熱處理工藝研究

彭展里，賀國(guó)益

（1.貴陽(yáng)銳鑫機(jī)械加工有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550000；2.中國(guó)航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件制造有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

一汽大眾、上海大眾轎車上四個(gè)圖號(hào)的夾箍熱處理后安裝斷裂一直是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。自從80 年代后我國(guó)轎車開(kāi)發(fā)采用夾箍以來(lái)，斷裂問(wèn)題一直沒(méi)有得到解決，若采取最原始的方法在裝配之前100%進(jìn)行夾斷試驗(yàn)，但這給產(chǎn)品最終交付狀態(tài)直接帶來(lái)很大的影響，即直徑變大，不符合要求。而且100%夾斷試驗(yàn)過(guò)的零件也難保證在使用裝配中不再斷裂，斷裂的比例很大約8%以上，且斷裂釋放的能量形成沖擊力易傷害裝配者，影響我廠信譽(yù)。雖然有時(shí)采用補(bǔ)充回火，或提高回火溫度（如390℃）讓硬度處在最下限HV480。斷裂現(xiàn)象并沒(méi)有得到改善，仍有8%左右。甚至最大的夾箍，夾緊時(shí)變形最小，也有斷裂。我們查找德國(guó)圖紙發(fā)現(xiàn)熱處理要求貝氏體連續(xù)淬火，這種工藝方法我廠沒(méi)有設(shè)備條件。若要購(gòu)買需300 萬(wàn)元以上，且國(guó)內(nèi)沒(méi)有成熟的設(shè)備，為了解決此問(wèn)題，我們做了如下工作，找出了最佳熱處理工藝。在不購(gòu)買設(shè)備的情況最終解決了產(chǎn)品斷裂問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所采用的50CrVA 鋼[1]（GB/T1222-1984）其化學(xué)成分見(jiàn)表1 所示。

表1 50CrVA 鋼的化學(xué)成分

表2 50CrVA 鋼物理性能

表3 50CrVA 鋼力學(xué)性能

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

我們用原斷裂為10%的同一批夾箍材料來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。該批樣品的斷裂最為嚴(yán)重，使用的材料50CrVA 鋼厚度為δ1.6。試驗(yàn)1 ～7 使用的熱處理?xiàng)l件和硬度測(cè)試結(jié)果如表4 所示。

對(duì)序號(hào)6、7 不同淬火溫度同爐回火的拉力試片進(jìn)行了機(jī)械性能試驗(yàn)，結(jié)果如下，見(jiàn)表5。

表5 樣品6 和7 不同熱處理下的機(jī)械性能

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

50CrVA[2]鋼經(jīng)過(guò)適當(dāng)熱處理后（淬火及回火）具有高比例極限和強(qiáng)度極限，高的疲勞強(qiáng)度以及較低的彈性模數(shù)，δs/δb的比值也高，并有高的淬透性與較低過(guò)熱敏感性。鋼的切削加工性尚好，當(dāng)HB=183 ～241 時(shí)，相對(duì)加工性為45%。但冷變形時(shí)塑性低，焊接性也低，焊接前應(yīng)預(yù)熱到100℃～430℃。

50CrVA 鋼在加熱到300℃時(shí)，其彈性仍可保持。所以適用于制造特別重要的承受大應(yīng)力的各種尺寸的螺旋彈簧、片彈簧，也可用作大載面的及在400℃以下工作的主要零件，在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中用作汽門彈簧。

用這種鋼制作的彈簧，經(jīng)淬火后，需在370℃～420℃回火處理，以消除應(yīng)力與提高屈服強(qiáng)度[1]。本文的彈性?shī)A箍在汽車發(fā)動(dòng)中用于夾緊水管，避免漏水。其裝配時(shí)，用專用工具使夾箍直徑增大，套入膠管中，最后松開(kāi)專用工具使其夾緊水管。原熱處理工藝的彈性?shī)A箍在用專用工具使夾箍直徑增大，即發(fā)生變形時(shí)，夾箍發(fā)生脆性斷裂，其斷口未有明顯塑性變形。

試驗(yàn)序號(hào)1 方案由于淬火加熱溫度750 ℃沒(méi)有達(dá)到Ac1752℃，所以淬火沒(méi)有硬度。

試驗(yàn)序號(hào)2 方案由于淬火加熱溫度755℃，溫度偏低，鐵素體較多，馬氏體較少，所以淬火硬度HRC ～35 不合格。

表4 試驗(yàn)夾箍熱處理?xiàng)l件和硬度測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)序號(hào)3 方案雖然淬火加熱溫度770℃，但淬火后鐵素體較多，馬氏體含量盡管比755℃淬火方案多，但硬度仍然達(dá)不到圖紙要求。

試驗(yàn)序號(hào)4 方案雖然淬火加熱溫度780℃，鋼處在兩相區(qū)，有未溶鐵素體、有奧氏體。淬火后奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體、鐵素體保留下來(lái)，雖然經(jīng)回火硬度合格，但夾緊試驗(yàn)仍有很大比例的斷裂。淬火組織見(jiàn)圖1（a）。

試驗(yàn)序號(hào)5 方案先高溫900℃正火+780℃亞溫淬火，雖然硬度合格，但仍有很大比例斷裂。淬火組織見(jiàn)圖1（b）。

試驗(yàn)序號(hào)6 方案860℃淬火，370℃～385℃回火為熱處理手冊(cè)推薦的標(biāo)準(zhǔn)淬火回火工藝，是我廠采用的常規(guī)工藝，但斷裂仍很大。原因淬火組織以片狀馬氏體為主。淬火組織見(jiàn)圖1（c）。

試驗(yàn)序號(hào)7 方案采用比常規(guī)淬火溫度高60℃～70℃，淬火組織以板條馬氏體為主，同時(shí)未發(fā)現(xiàn)脫碳。淬火組織見(jiàn)圖1（d）。經(jīng)370 ～385℃回火，硬度合格，夾緊試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)斷裂。序號(hào)7 變形檢查：淬火前、后取200 件進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)變形。

圖1 試樣4 ～7 顯微組織圖

標(biāo)準(zhǔn)淬火工藝860℃，得到的組織以片狀孿晶馬氏體為主，這種組織的塑性、韌性較差，在外力作用下片狀馬氏體的主要變形方式是機(jī)械孿生，且孿生變形受到馬氏體中已有相變孿晶的制約，可供動(dòng)作的晶體學(xué)系統(tǒng)較少。片狀馬氏體中的孿晶界易于造成位錯(cuò)塞積，使孿晶界產(chǎn)生應(yīng)力集中而出現(xiàn)微裂紋。此外，體心立方金屬中的孿生變形也容易在孿晶與晶界的交界處產(chǎn)生微裂紋。在外力的作用下，這些微裂紋就可能擴(kuò)展成宏觀裂紋。而且，片狀馬氏體中各片馬氏體互成一定角度，馬氏體高速長(zhǎng)大時(shí)可能互相沖撞。馬氏體片的尖端也可能沖擊原奧氏體晶界，這都可能導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生。片狀馬氏體中碳原子偏聚于孿晶界，碳化物沉淀也多集中于孿晶界，在外力的作用下，微裂紋易于沿?cái)伨Ы鐢U(kuò)展[3],特別硬度要求高HV480 ～520，回火溫度偏低（370℃～390℃）脆性就更大。提高淬火溫度將抑制片狀孿晶馬氏體的形成，能獲得更多的具有較高韌性的板條馬氏體[4]。因?yàn)榘鍡l馬氏體的主要形成方式是滑移，在外力的作用下，馬氏體中的大量位錯(cuò)易于沿滑移面運(yùn)動(dòng)。板條馬氏體中的晶界和領(lǐng)域有阻止裂紋擴(kuò)展的作用。板條馬氏體束內(nèi)的板條大致平行，它們長(zhǎng)大時(shí)不會(huì)互相沖擊，板條馬氏體中有高密度位錯(cuò)，在位錯(cuò)外的碳原子偏聚區(qū)或有優(yōu)先析出的碳化物相對(duì)的比較細(xì)小均勻[3]。

由于采用鹽爐高溫加熱，加熱速度較快且保溫時(shí)間短，奧氏體形核較多，奧氏體晶粒較細(xì)[5]，因而馬氏體領(lǐng)域和馬氏體束較小，即塑性、韌性有所提高[3]。從表二數(shù)據(jù)可知920℃淬火比860℃淬火延伸率高一倍。

采用920℃加熱，保溫3min 油淬，380±10℃30min 回火新工藝，10 月～12 月共生產(chǎn)產(chǎn)品145 萬(wàn)件。任取20%左右數(shù)量進(jìn)行夾緊試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)一件斷裂。

3 結(jié)論

（1）熱處理工藝對(duì)彈性?shī)A箍的組織和性能有較大的影響。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)采用920℃～930℃油淬3min，然后再在370℃～390℃回火30min 能有效解決夾箍使用過(guò)程中斷裂的現(xiàn)象。

（2）提高淬火溫度可以抑制片狀孿晶馬氏體的形成，能獲得更多具有較高韌性的板條狀馬氏體。同時(shí)，板條狀馬氏體位錯(cuò)外的碳原子偏聚區(qū)優(yōu)先析出的碳化物相對(duì)的比較細(xì)小均勻。