鐘形殼正火熱處理工藝改進(jìn)

馬彥秋，王紅麗，郭樹霞，樊偉杰

1.河北太行機(jī)械工業(yè)有限公司 河北石家莊 052165

2.河北第二機(jī)械工業(yè)有限公司 河北石家莊 050031

1 序言

鐘形殼是汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要零部件之一，對(duì)其正火后的硬度要求為180～220HBW，同一工件不同位置的硬度散差≤25HBW，同批零件硬度波動(dòng)最大35HBW，顯微組織為1～3級(jí)，不允許出現(xiàn)魏氏體等過熱、過燒組織。

為節(jié)約能耗和降低生產(chǎn)成本，采用輥底網(wǎng)帶爐進(jìn)行熱處理，正火工藝未按季節(jié)性制定，且冷卻地點(diǎn)受限，容易出現(xiàn)成批量的正火后硬度超上限或超下限的情況，并且硬度散差超上限，為此制定了金相組織、力學(xué)性能試驗(yàn)，以此研究影響力學(xué)性能的主要因素，并提出糾正方案。

2 正火工藝研究

現(xiàn)有鐘形殼的正火工藝為：采用輥底網(wǎng)帶爐生產(chǎn)[1]，加熱溫度880℃[2]，正火工藝曲線如圖1所示。根據(jù)入爐口的寬度擺放產(chǎn)品，CV外環(huán)、鐘形殼按上下兩層放在網(wǎng)帶上，桿部向上為下層，桿部向下為上層，下層7件，上層4件，可依據(jù)產(chǎn)品尺寸或重量，依次增加或減少每層數(shù)量，針對(duì)長(zhǎng)桿外環(huán)單層擺放。

圖1 正火工藝曲線

3 現(xiàn)有正火工藝弊端

在不同季節(jié)執(zhí)行此工藝，鐘形殼的硬度差別較大。夏季出現(xiàn)硬度超下限，主要集中在170～190HBW，硬度達(dá)不到顧客要求，影響后序機(jī)加工及熱處理工藝；冬季出現(xiàn)硬度超上限，且硬度散差超上限，主要集中在210～240HBW，硬度不穩(wěn)定部分超上限，影響后序機(jī)加工（過硬，降低刀具使用壽命）及熱處理工序。

工藝未對(duì)不同季節(jié)冷卻方式進(jìn)行規(guī)定，如：冷卻地點(diǎn)、冷卻方式等。夏季天氣較為炎熱，正火冷卻采用整箱集裝空冷方式，冷卻速度較低，冷卻時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致鍛造毛坯過軟（硬度超下限），影響后序機(jī)加工及熱處理。而冬季天氣較為寒冷，且一直沿用夏季采取的室外吹風(fēng)、整箱集裝空冷方式，箱內(nèi)不同位置冷卻速度相差較大，箱中心部位能消除鍛造應(yīng)力，降低硬度，起到消除粗大晶粒作用，但靠近箱四周、箱底、頂部位置則冷卻速度較大，且不均勻，力學(xué)性能不穩(wěn)定，硬度較大，硬度散差也較大，急劇增加了熱處理不合格品的數(shù)量。

4 力學(xué)性能試驗(yàn)

由以往批次生產(chǎn)條件及對(duì)應(yīng)的硬度、硬度散差、金相組織等方面的分析對(duì)比，每批次的正火工藝參數(shù)相同無更改，正火爐日常點(diǎn)檢正常，猜測(cè)影響硬度超上下限，硬度散差大等問題的原因有以下幾個(gè)方面：

1）采用整箱集裝吹風(fēng)冷卻，使箱四周、底部及頂部鍛造毛坯硬度較高，硬度散差大。

2）室外冷卻，使箱四周、底部及頂部鍛造毛坯硬度較高，硬度散差大。

3）采用冷卻的周轉(zhuǎn)箱不同，如圖2所示，無鐵板冷卻箱內(nèi)的鍛造毛坯硬度較高，硬度散差大，金相組織差。

圖2 周轉(zhuǎn)箱

4）箱內(nèi)不同部位的鍛造毛坯硬度相差較大，硬度散差不同，金相組織不同。

由此采用相同爐號(hào)、相同批次、正火工藝參數(shù)相同，以及不同冷卻方式得到的正火后鍛造毛坯，進(jìn)行硬度數(shù)據(jù)采集分析。

（1）吹風(fēng)與不吹風(fēng)冷卻對(duì)比 如圖3所示，吹風(fēng)硬度散差較大，最大硬度相差不明確，故采取不吹風(fēng)冷卻。

圖3 吹風(fēng)與不吹風(fēng)硬度、硬度散差對(duì)比

（2）室內(nèi)與室外空冷對(duì)比 如圖4所示，室外冷卻最大硬度普遍偏高，且硬度散差相差較大，故采取室內(nèi)冷卻。

圖4 室內(nèi)與室外硬度、硬度散差對(duì)比

（3）不同冷卻箱內(nèi)室內(nèi)冷卻對(duì)比 如圖5所示，冷卻箱有無鐵板效果不明確，可采取通用冷卻箱。

圖5 有鐵板與無鐵板硬度、硬度散差對(duì)比

（4）冷卻箱內(nèi)不同位置對(duì)比 如圖6所示，不同位置的最大硬度無明顯區(qū)別，硬度散差底層≥頂層≥四周≥中心。

圖6 箱內(nèi)不同位置硬度、硬度散差對(duì)比

以上是在冬季進(jìn)行的試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)對(duì)比，在冬季沿用夏季的正火工藝會(huì)造成鍛造毛坯的硬度過高，超規(guī)定上限，且硬度散差大，金相組織差。冷卻箱是否有鐵板對(duì)鍛造毛坯的硬度、硬度散差的影響作用不大，無需增加成本制作新的冷卻箱。

5 正火工藝改進(jìn)

對(duì)現(xiàn)有正火工藝進(jìn)行改善，在正火工藝參數(shù)不變的情況下，對(duì)冷卻方式進(jìn)行完善，夏季與冬季采用不同的冷卻方式：冬季采用室內(nèi)、不吹風(fēng)、各冷卻箱相鄰較近的位置冷卻，跟蹤5個(gè)批次試驗(yàn)結(jié)果，硬度保持在180～220HBW，硬度散差最大為15HBW，與試驗(yàn)前相比熱處理不合格品趨于0；夏季采用室外、吹風(fēng)、各冷卻箱相鄰較遠(yuǎn)的位置冷卻，跟蹤3個(gè)批次試驗(yàn)其硬度保持在180～220HBW，硬度散差保持在0～20HBW。通過試驗(yàn)與批量試驗(yàn)驗(yàn)證，通過改善正火工藝中的冷卻方式，在不增加生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上大大提高了正火良品率，也為后期的鍛件生產(chǎn)分析提供了有利數(shù)據(jù)分析。