淺談減少CrWMn芯軸熱處理畸變的工藝措施

【摘要】crwmn軸類模具，在淬火過程中時常發(fā)生變行量超差造成報(bào)廢。通過改進(jìn)工藝線路，在機(jī)加工前加以鍛造，高溫正火及回火，在等溫球化退火后增加調(diào)質(zhì)工藝及增加精磨次數(shù)及去應(yīng)力回火次數(shù)，從而達(dá)到減小工件的變行量。

【關(guān)鍵詞】鍛造；高溫正火及回火；調(diào)質(zhì)處理

一、芯軸的原加工工藝

芯軸原加工路線為：毛坯粗加工—等溫球化退火—半精加工—淬火—精磨—低溫去應(yīng)力回火—精磨。（1）等溫球化退火工藝。芯軸零件毛坯為退火軟態(tài)料，未經(jīng)鍛造直接下料加工，經(jīng)等溫球化退火，即零件隨爐加熱到780℃～800℃，保溫2h～3h隨爐緩冷至690℃～710℃，等溫3h～4h出爐空冷。（2）淬火

CrWMn鋼正常淬火加熱溫度為830℃～840℃，油中淬透直徑為70㎜～80㎜。而芯軸外圓直徑φ99mm，為保證淬火硬度，采用高于正常淬火溫度的870℃～880℃加熱保溫淬火，為減少芯軸由于熱應(yīng)力帶來的加熱畸變，在淬火加熱過程中采用了600℃～650℃預(yù)熱。淬火后采用180℃×（5～6）h回火。達(dá)到芯軸硬度要求。（3）去應(yīng)力回火工藝，零件淬火后精磨單邊去除1mm余量，進(jìn)行一次160℃×（5～6）h低溫去應(yīng)力回火，以消除磨削應(yīng)力并精磨至最終尺寸。

二、畸變原因分板及改進(jìn)措施

（1）退火軟態(tài)料一般是經(jīng)電爐冶煉，澆錠成形，開坯軋制成材的。一方面，鋼中氣孔、疏松、縮孔難以消除，鑄態(tài)共晶碳化物組織偏析嚴(yán)重，而且CrWMn鋼中鎢和鉻都是碳化物形成元素，鋼中有較多的碳化物，更加劇了碳化物組織偏析，嚴(yán)重時鋼中形成偏析碳化物帶，造成材料內(nèi)部組織不均。另一方面，芯軸用這種大直徑鋼材鍛后或軋制冷時心部冷卻緩慢，很難避免二次碳化物網(wǎng)。因此，一般要求在鍛后的球化退火前必須先在960℃～980℃進(jìn)行高溫正火，隨后650℃高溫回火，以消除鍛造應(yīng)力，消除碳化物網(wǎng)，細(xì)化晶粒，均勻組織，改善被切削加工性。芯軸屬細(xì)軸類零件，細(xì)長比達(dá)18，淬火畸變大。而淬火用870℃～880℃加熱保溫，油中冷卻至150℃～200℃，出油空冷，以防止冷速太快造成芯軸開裂。之后采用180℃×（5～6）h回火。采用3次回火代替一次回火，即180℃×（3～4）h空冷進(jìn)行兩次回火后，再進(jìn)行一次低溫160℃×（3～4）h回火，這樣不僅可促使淬火后殘留奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，提高淬火硬度，而且降低了淬火應(yīng)力和回火應(yīng)力，穩(wěn)定了芯軸尺寸。工藝路線中，為防止零件由于熱處理畸變報(bào)廢，淬火后單邊仍留有1.2mm～1.4mm機(jī)加磨削余量，為了減少機(jī)加工應(yīng)力，減少和由此引發(fā)的芯軸畸變，將隨后的磨削加工中的1次去應(yīng)力回火調(diào)整增加為3次，即單邊每磨削0.2mm～0.5mm就進(jìn)行1次160℃×（8～10）h的低溫去應(yīng)力回火，以進(jìn)一步降低淬火和回火殘余應(yīng)力，消除磨削應(yīng)力，防止應(yīng)力累積，保持芯軸尺寸穩(wěn)定。（2）對球化退火后原材料組織的進(jìn)一步改善。為進(jìn)一步改善淬火前芯軸內(nèi)部組織，減少淬火畸變，在等溫球化退火后增加了一次調(diào)質(zhì)處理作為預(yù)備熱處理進(jìn)一步細(xì)化晶粒，細(xì)化碳化物，改善組織均勻性，減少最終淬火畸變。球化退火后的調(diào)質(zhì)處理之所以使最終淬火畸變量減少，是因?yàn)殇撜{(diào)質(zhì)后的體積小于退火態(tài)的體積，起到了預(yù)壓縮體積的作用，顯著減少最終熱處理后體積膨脹量和線膨脹量約30%～50%；降低最終熱處理后的各向異性程度，將縱向或橫向畸變量的差異降低至50%左右；減少最終熱處理后的零件翹曲。采用調(diào)質(zhì)熱處理工藝參數(shù)為：870℃～880℃加熱保溫，油中冷卻至150℃～200℃，出油空冷；630℃高溫回火，以便于最終淬火前的機(jī)加工。為消除機(jī)加工應(yīng)力，減少最終淬火畸變，在機(jī)加工后最終淬火前進(jìn)行一次穩(wěn)定化處理，即（630～650）℃×（2～3）h空冷。（3）改進(jìn)后的工藝路線及效果。毛坯鍛造—高溫正火+高溫回火—粗加工—等溫球化退火—調(diào)質(zhì)處理—半精加工—（穩(wěn)定化處理）—淬火+3次回火—精磨—去應(yīng)力回火—精磨—去應(yīng)力回火—精磨—去應(yīng)力回火—精磨。在隨后的磨削加工過程中檢測3根旋壓芯軸，均未發(fā)現(xiàn)有新的加工畸變發(fā)生，并且旋壓芯軸使用壽命也有明顯提高。

三、結(jié)論

（1）CrWMn鋼施壓芯軸毛坯經(jīng)鍛造處理，提高了鋼中碳化物分布的均勻性，細(xì)化了碳化物粒度，優(yōu)化了原材料內(nèi)在質(zhì)量。（2）鍛后應(yīng)進(jìn)行高溫正火及高溫回火以消除鍛后緩冷和大件鍛后帶來的碳化物網(wǎng)，消除鍛造應(yīng)力，細(xì)化晶粒，均勻組織，改善被切削加工性能。（3）等溫球化退火后的調(diào)質(zhì)處理可進(jìn)一步細(xì)化晶粒，起到預(yù)壓縮鋼體積的作用，減少最終淬火畸變量。（4）淬火后采用3次回火（180℃×2次+160℃×1次）可進(jìn)一步減少鋼中殘留奧氏體量，提高硬度穩(wěn)定尺寸，降低淬火應(yīng)力和回火應(yīng)力，減少畸變。（5）清磨工序加工中采用3次去應(yīng)力回火，進(jìn)一步減少精磨畸變量。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]蔡美良等．工模具鋼金相熱處理[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2000（6）