汽車前軸熱處理變形分析

匡彥 羅瑞雪 賈志強

摘 要：汽車前軸是一種比較大型的桿類鍛件，對其進(jìn)行鍛造特處理之后，常會出現(xiàn)扭曲變形等問題，對于產(chǎn)品的加工是極為不利的。所以就要通過人工等方面對這種變形扭曲進(jìn)行糾正。本文就汽車前軸熱處理變形情況進(jìn)行簡要的分析與論述。

關(guān)鍵詞：汽車；前軸；熱處理；變形

對于汽車前軸熱處理之后產(chǎn)生的變形問題，要進(jìn)行科學(xué)有效的處理，就必須要明顯變形量的主要來源，對熱處理的過程進(jìn)行科學(xué)的處理，進(jìn)而對前軸熱變形量進(jìn)行科學(xué)的分析，從而減少在處理過程中相關(guān)材料的消耗，保證熱處理能夠?qū)崿F(xiàn)較高的質(zhì)量以及效果。

一、汽車前軸變形量的主要來源

對于汽車前軸熱處理的變形問題而言，其變形量主要從兩個方面而來的，首先是應(yīng)力造成的變形，其次就是馬氏體相變導(dǎo)致出現(xiàn)變形問題。

應(yīng)力可以分為熱應(yīng)力與相變能力，之所以會出現(xiàn)熱應(yīng)力，主要是因為零件受到的溫度是不均勻的，這在淬火問題上表現(xiàn)得是最為明顯的。表面上最先受冷的位置，其體積會出現(xiàn)收縮，出現(xiàn)拉應(yīng)力，進(jìn)而出現(xiàn)淬裂的情況。

馬氏體相變零件的體積如果變大，也會出現(xiàn)變形、應(yīng)力的問題。對于淬火的零件，由于馬氏體相變并不是均勻的，其取向也呈現(xiàn)出不規(guī)則的情況，因此會產(chǎn)生比較大的內(nèi)應(yīng)力，在應(yīng)力作用下，零件內(nèi)部就會發(fā)生畸變的情況，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫等，結(jié)果導(dǎo)致前軸的形態(tài)與之前設(shè)計的圖紙不相同。

本次研究中，有以下幾個方面因素是對汽車前軸熱處理過程變形產(chǎn)生重要影響的，下面就具體進(jìn)行分析。

（一）鍛體自身的特點

在制作汽車前軸時，如果使用的是圓鋼鍛造，由于圓鋼的成分不夠均勻，會出現(xiàn)偏析的情況，其內(nèi)部存在不足，會使鍛造出現(xiàn)不均勻的變形。在檢測不同位置成分、硬度金相等時可以發(fā)現(xiàn)，有淬透層深度金相轉(zhuǎn)變的差異，會影響鍛件的變形。

（二）擺放形式

鍛件在鍛造之后，其溫度依舊比較高，并且要比再結(jié)晶溫度高出很多，在高溫情況下，鍛件在持續(xù)應(yīng)力的影響會出現(xiàn)蠕變[1]，如果在擺放時方式不正確，就不能在短時間內(nèi)快速的冷卻，也容易出現(xiàn)變形問題。

（三）淬火入水的形式

當(dāng)前淬火入水主要有兩種形式，分別是鏈?zhǔn)竭B續(xù)爐水平入水以及懸掛式落水的方法。

（四）冷卻的速度、時間以及均勻性

變形量會受到冷卻速度的影響，冷卻的速度過慢，產(chǎn)生的熱應(yīng)力會越小，變形量也比較小，但是這對于馬氏體轉(zhuǎn)變的出現(xiàn)是不利的，因此需要選擇合適的冷卻速度，一般冷卻的速度可以通過對淬火液濃度以及溫度等進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而確定。

對工件進(jìn)行冷卻時，最好是將工件對稱懸掛在冷卻池中[2]，并且保證工件與冷卻池底是有距離的，工件的每一個位置都會均勻流速的冷卻液通過，其對流換熱的系數(shù)是比較靠近的。如果工件兩側(cè)冷卻不夠均勻，就容易出現(xiàn)變形問題。

冷卻時間的長短對于變形也會產(chǎn)生影響，冷卻時間過長或者過短都是極為不利的，需要結(jié)合實際情況對冷卻的速度進(jìn)行確定，進(jìn)而明確冷卻的具體時間。

二、汽車前軸熱處理變形的控制方法

在對汽車前軸熱處理產(chǎn)生的變形進(jìn)行控制管理時，需要依據(jù)上述4點影響因素進(jìn)行針對性的分析，在控制過程中需要將相關(guān)參數(shù)保持一致，這樣變形量就會減小很多。

盡管變形會受到很多因素的影響，但是經(jīng)過分析，其中最為重要的就是冷卻的速度和均勻性。

首先，對于冷卻速度。通常而言，冷卻的速度慢，變形量就會小。因此一般油淬產(chǎn)生的變形量就要明顯小于水淬，空氣冷卻產(chǎn)生的變形量也要明顯小于油冷產(chǎn)生的變形量。PAG的濃度越大，變形量就越小。冷卻速度大，會產(chǎn)生大的應(yīng)力，也就容易出現(xiàn)變形的問題，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)裂紋等。如果冷卻的速度小，唯一一點不足就是馬氏體轉(zhuǎn)變不容易出現(xiàn)。所以在確定冷卻速度時，還需要保證其冷卻速度能夠形成馬氏體轉(zhuǎn)變。此外，還需要選擇淬透性比較好的材料，對于淬透性而言，材料中成分的產(chǎn)生的影響要明顯比冷卻速度大，這就可以將冷卻的速度適當(dāng)?shù)臏p少，進(jìn)而使變形量也減少。

控制冷卻速度時，可以通過對介質(zhì)濃度、溫度以及攪拌的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)而實現(xiàn)。工件淬火溫度對變形量以及淬透層深度產(chǎn)生影響是比較微小的。不同的材料都有其最為合適的淬火問題，因此可以結(jié)合公認(rèn)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行熱處理工藝的操作。

其次，對于冷卻均勻性。冷卻均勻性是必須要提高重視的一點問題，冷卻時應(yīng)該使用上面提到的得方式，將將工件對稱懸掛在冷卻池中，并且保證工件與冷卻池底是有距離的，工件的每一個位置都會均勻流速的冷卻液通過，其對流換熱的系數(shù)是比較靠近的。如果企業(yè)的條件無法滿足這一冷卻方式的實現(xiàn)，也要在冷卻零件時，讓零件保持好的姿勢，從而使冷卻更加均勻。

三、相變發(fā)生研究

當(dāng)對鋼進(jìn)行加熱，使其完成奧氏體化，然后迅速進(jìn)行冷卻成馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以下，就是發(fā)生了相變。

奧氏體轉(zhuǎn)變是有過錯的，淬火之前需要保溫，但是時間不能過長，否則奧氏體的晶粒就會變大，影響性能。如果保溫時間太短，是不利于奧氏體化以及馬氏體轉(zhuǎn)變的[3]。

因此在熱處理時，需要對爐體溫度、介質(zhì)溫度、流速進(jìn)行有效的控制，通過反復(fù)的試驗確定不同變量系數(shù)，以及變量對產(chǎn)品可能產(chǎn)生的影響，進(jìn)而會熱處理變量進(jìn)行調(diào)整，使產(chǎn)品的性能需要得到滿足。

四、結(jié)語

總之，在對汽車前軸熱處理變形進(jìn)行控制時，需要從多個方面的因素進(jìn)行分析，如鍛造自身特點、擺放方式、淬火入水形式、冷卻的速度、時間以及均勻性等，其中要重點研究冷卻的速度與均勻性，采用合適的材料，控制好冷卻的速度，保證零部件能夠被均勻的冷卻，避免汽車前軸出現(xiàn)變形、裂紋等問題，提高汽車前軸的整體質(zhì)量，使其更好地應(yīng)用到汽車生產(chǎn)制造中，從而為人民群眾提供更高質(zhì)量的汽車產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1]武絡(luò)，宮顯宇，韓海河，王文清，尚利平，胡小剛.重型載貨汽車前軸鍛件熱處理工藝仿真分析[J].金屬加工（熱加工），2015，（07）：3841.

[2]金林奎，趙建國，王春亮，鄧永玖.20CrMnTi鋼汽車齒輪熱處理變形分析及控制[J].金屬加工（熱加工），2015，（S2）：6972.

[3]王洪強，姬程程，夏華.汽車前軸輥鍛模的失效形式與修復(fù)方法[J].精密成形工程，2012，4（02）：4041+53.