重慶市嘉和機(jī)械制造有限公司 (400033)吳 衛(wèi) 黎 強(qiáng) 張慶陽
45鋼軸桿零件直徑較大時(shí),熱處理淬火采用油冷方式不能完全保證金相組織達(dá)到技術(shù)要求。若采用水冷方式容易出現(xiàn)裂紋或變形?,F(xiàn)有45鋼軸桿(φ22mm×133mm)、熱處理調(diào)質(zhì)處理后要求變形量控制在0.40mm內(nèi)。采用網(wǎng)帶爐淬火(830℃×1.5h)、15%NaCl水溶液冷卻,出現(xiàn)約20%比例變形量超標(biāo),導(dǎo)致零件機(jī)加工受阻。為了對(duì)該零件的變形實(shí)施控制,進(jìn)行了一系列的工藝試驗(yàn),摸索出影響變形的主要因素。通過工藝改進(jìn),有效地控制了零件的變形。
技術(shù)要求:表面硬度為18~23HRC,心部硬度≥16HRC,金相組織為回火索氏體,表面≤4級(jí),心部≤6級(jí)。材料化學(xué)成分見表1,臨界溫度見表2。
表1 45鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)
表2 45鋼臨界溫度 (℃)
(1)加熱溫度的改進(jìn) 根據(jù)45鋼臨界溫度Ac3為780℃。為減少變形,將加熱溫度調(diào)整為815℃,改進(jìn)前后工藝見圖1a、圖1b。
(2)裝料方式的改進(jìn) 原工藝裝料方式是橫放和豎放兩層(見圖2a),從網(wǎng)帶爐加熱運(yùn)行特性分析,該裝爐方式加熱時(shí)間長,且零件的加熱及冷卻狀態(tài)缺乏一致性。因此,將裝爐方式調(diào)整為橫放一層,縮短加熱時(shí)間(見圖2b)。
圖1
圖2
(3)加熱時(shí)間的改進(jìn) 由于裝爐方式調(diào)整,加熱保溫時(shí)間大大縮短。經(jīng)計(jì)算及經(jīng)驗(yàn),升溫+保溫時(shí)間選取55~60min。
(1)加熱溫度對(duì)變形量的影響 其他工藝條件相同(加熱時(shí)間55min,介質(zhì)溫度35℃)的情況下,加熱溫度分別取815℃和820℃進(jìn)行工藝試驗(yàn)。淬火后抽檢50件,變形量檢測結(jié)果見表3。
表3 不同加熱溫度下變形量檢測對(duì)比
(2)加熱時(shí)間對(duì)變形量的影響 其他工藝條件相同(加熱溫度815℃,介質(zhì)溫度35℃)的情況下,加熱保溫時(shí)間分別取55min和75min進(jìn)行工藝試驗(yàn)。淬火后抽檢50件,變形量檢測結(jié)果見表4。
表4 不同加熱時(shí)間下變形量檢測對(duì)比
(3)介質(zhì)溫度對(duì)變形量的影響 在相同的加熱溫度、保溫時(shí)間及裝料方式情況下(加熱溫度815℃,加熱時(shí)間55min),檢測不同介質(zhì)溫度對(duì)變形量的影響,6組試樣,每組50件變形量檢測結(jié)果見表5。
表5 不同介質(zhì)溫度下變形量檢測對(duì)比表
(4)工藝驗(yàn)證結(jié)果 加熱溫度提高5℃達(dá)到820℃時(shí),變形量大于0.3mm的占比2%;加熱時(shí)間延長20min達(dá)到75min時(shí),變形量大于0.3mm的占比2%;介質(zhì)溫度在30~35℃時(shí),變形量全部控制在0.3mm內(nèi)。
(1)硬度檢測結(jié)果見表6。
表6 硬度檢測結(jié)果 (HRC)
(2)金相組織檢測結(jié)果。
淬火表面組織:98%淬火馬氏體+2%未溶鐵素體(見圖3a)。淬火心部組織:50%淬火馬氏體+45%托氏體+5%未溶鐵素體(見圖3b)。
圖3
回火后表面組織為回火索氏體3級(jí)(見圖4a)?;鼗鸷笮牟拷M織為回火索氏體6級(jí)(見圖4b)。
圖4
(3)裂紋檢測:抽查100件進(jìn)行無損檢測,均未發(fā)現(xiàn)裂紋。
按改進(jìn)后的工藝(815℃加熱55~60min、冷卻介質(zhì)15%NaCl水溶液溫度控制在30~35℃內(nèi))批量生產(chǎn),零件的金相組織、硬度均能達(dá)到客戶技術(shù)要求,變形量能穩(wěn)定地控制在0.3mm內(nèi),完全滿足客戶小于0.4mm的要求。
工藝驗(yàn)證結(jié)果證明,零件的裝爐方式、加熱溫度、加熱時(shí)間、淬火冷卻介質(zhì)溫度的合理選擇,對(duì)于45鋼軸桿零件熱處理的變形有至關(guān)重要的影響。