補(bǔ)償法淬火在軸螺紋上的軟化處理

西安法士特汽車傳動公司 （陜西 710077） 孫銀軍 李 鵬

軟螺紋產(chǎn)品設(shè)計人員通常要求對螺紋進(jìn)行防滲碳處理，據(jù)相關(guān)試驗資料顯示：當(dāng)某型防滲碳涂層厚度＞1.0mm時，滲碳淬火硬度降至最低，即接近基體材料無滲碳層時淬火的硬度。按防滲碳涂料性能的不同，其防滲碳涂層在達(dá)到0.1～2mm時才能有效杜絕漏滲問題。在實際生產(chǎn)中，由于防滲碳涂料性能和人工操作的差異，很難保證螺紋區(qū)域涂料覆蓋致密均勻，當(dāng)涂層在螺紋牙根和牙尖達(dá)不到一定的厚度，漏滲碳情況就會發(fā)生，隨之出現(xiàn)螺紋局部硬度過高的情況。螺紋局部硬度過高和螺母預(yù)緊應(yīng)力集中將導(dǎo)致部分產(chǎn)品螺紋斷裂失效。

實際生產(chǎn)中有多種工藝可以降低螺紋硬度，如鍍銅防滲碳、涂層防滲碳、加工余量保護(hù)等，以上方法均無法降低螺紋區(qū)域的心部硬度。依據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)與技術(shù)要求，考慮到質(zhì)量穩(wěn)定性與批量生產(chǎn)的實際情況，我公司決定采用補(bǔ)償淬火法達(dá)到產(chǎn)品局部軟化的目的。經(jīng)新工藝試驗，滲碳淬火后螺紋區(qū)域硬度降低至26～30HRC，滿足設(shè)計要求。

1.試驗材料與方法

產(chǎn)品為某變速器副箱主軸，軸螺紋尺寸為：M36×2－6g，材料8627RH，化學(xué)成分如表1所示。采用防滲碳涂料與補(bǔ)償帽兩種工藝對螺紋進(jìn)行防護(hù)，以作比較，如附圖所示。

表1 8627RH鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

防滲碳涂料為KT-930D無機(jī)陶瓷水基涂料，由專人均勻刷涂，螺紋牙根和牙尖致密覆蓋，在保證涂層致密干燥、粘結(jié)牢固的情況下入爐滲碳淬火。

補(bǔ)償帽材料為耐熱鋼材質(zhì)，按產(chǎn)品螺紋區(qū)域尺寸仿形制作。補(bǔ)償帽與螺紋緊密配合成一體，螺紋區(qū)域由產(chǎn)品表面變?yōu)樾牟?，淬火時可有效減少螺紋區(qū)域馬氏體轉(zhuǎn)變量，降低螺紋區(qū)域硬度，理論上螺紋區(qū)域硬度與產(chǎn)品心部硬度接近。

2.試驗結(jié)果

試驗設(shè)備為AICHELIN 5/2型箱式多用爐，基礎(chǔ)氣氛為氮、甲醇，富化氣為丙酮， 910℃，Cp=1.05%滲碳，好富頓G油淬火，滿爐備料，不同批次隨機(jī)抽樣，采用TH600布氏硬度計按GB/T231－2002方法檢測螺紋硬度，用ICP HCS－878A型紅外碳硫儀按ISO9556－1989檢測產(chǎn)品材質(zhì)，采用直讀光譜儀按GB/T4336檢測螺紋表面含碳量，結(jié)果如表2所示。

表2 檢測結(jié)果

從理論上來講，某種防滲碳涂層達(dá)到一定厚度，即可完全阻滲，實際使用過程中允許有少量的漏滲碳，使得表面含碳量有所增加，但又遠(yuǎn)低于滲碳擴(kuò)散過程中氣氛碳勢。可見，防滲碳涂層能有效減少碳原子擴(kuò)散進(jìn)入基體表面，但又不能完全杜絕。由于涂層厚度在螺紋上的差異和螺紋特殊的尖角外形，在滲碳過程中會引起螺紋表面含碳量的差異，導(dǎo)致淬火過程螺紋區(qū)域硬度增加且波動較大。防滲碳涂層處理的產(chǎn)品經(jīng)滲碳淬火+低溫回火處理，螺紋區(qū)域表面含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.46%～0.50%，基體材質(zhì)含碳量為0.25%～0.30%。螺紋牙尖與牙根實測的硬度為35～50HRC（理論上延遲斷裂敏感的硬度是30～43HRC），裝配過程中在螺母預(yù)緊力作用下，存在斷裂失效的傾向，不利于批量生產(chǎn)。

補(bǔ)償帽與螺紋配合，表面含碳量與滲碳擴(kuò)散期工藝碳勢（0.85%）接近，補(bǔ)償帽能有效降低螺紋淬火冷卻速度，螺紋區(qū)域得到均勻的平衡組織，硬度均勻性好，螺紋牙尖與牙根硬度為26～30HRC。

通過對比表2數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)償淬火能有效控制螺紋區(qū)域硬度，其硬度分布均勻，波動較小，接近于產(chǎn)品淬火時的基體硬度，滿足了圖樣要求。

3.軟化工藝問題分析

生產(chǎn)中常用的防滲碳涂層螺紋軟化工藝存在以下問題。

（1）涂層防滲碳工藝在產(chǎn)品清洗、涂層刷涂等環(huán)節(jié)存在很多人為因素，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差。

（2）淬火過程中存在涂層脫落，降低淬火油性能，損壞淬火油循環(huán)冷卻系統(tǒng)等不利因素，不利于設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）熱處理后產(chǎn)品螺紋區(qū)域涂層清理存在困難，拋丸清理過程中螺紋外形和尺寸很難保證。

4.應(yīng)對措施

補(bǔ)償淬火在保證質(zhì)量穩(wěn)定的情況下可批量生產(chǎn)，具有質(zhì)量穩(wěn)定，操作方便，效率高，成本低，以及壽命長等特點(diǎn)，適合在企業(yè)批量化生產(chǎn)，可有效解決防滲碳涂層引起的系統(tǒng)問題。需注意的是：

（1）補(bǔ)償帽應(yīng)一次加工成形，不可焊接（滲碳淬火時焊縫易開裂，造成補(bǔ)償淬火失效）；補(bǔ)償帽需對稱設(shè)計、圓角過渡，避免應(yīng)力集中產(chǎn)生變形，影響補(bǔ)償使用。

（2）補(bǔ)償淬火并不能防止碳原子滲入，只能通過補(bǔ)償帽降低螺紋區(qū)域冷卻速度。當(dāng)需批量生產(chǎn)，涂層防滲不能完全達(dá)到設(shè)計要求時，可使用補(bǔ)償淬火，如有防滲要求，可先防滲碳再補(bǔ)償淬火。

（3）采用補(bǔ)償淬火生產(chǎn)的產(chǎn)品，螺紋區(qū)域硬度均勻性好，接近產(chǎn)品心部硬度，有良好的塑韌性，可有效避免應(yīng)力集中引起的螺紋失效斷裂。

（4）淬火時，相對密閉的空間可能會夾帶大量的淬火冷卻介質(zhì)，不便于后續(xù)的清洗和回火處理，可按產(chǎn)品外形情況設(shè)計漏油孔等，便于節(jié)約成本和批量化生產(chǎn)。

（20121103）