微型車曲軸鍛造余熱退火工藝開發(fā)與應(yīng)用

文/張俊恩·東風(fēng)鍛造有限公司

微型車曲軸鍛造余熱退火工藝開發(fā)與應(yīng)用

文/張俊恩·東風(fēng)鍛造有限公司

東風(fēng)鍛造有限公司生產(chǎn)的微型車曲軸鍛件，要求進(jìn)行正火處理。熱處理工藝為鍛件在鍛造成形后空冷到室溫，重新加熱進(jìn)行正火，清理后發(fā)客戶粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。由于正火時需重新加熱，熱處理能耗高。為了降低能耗、簡化工序和加快物流速度，我們開發(fā)了鍛造余熱退火工藝。采用鍛造余熱退火代替正火工藝后，產(chǎn)品質(zhì)量滿足技術(shù)要求，節(jié)約了正火用電，加快了物流，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

試驗零件和方案

本試驗鍛件為微型車曲軸鍛件，材料為40CrH，重量12～12.8kg，鍛件形狀和檢驗部位見圖1。熱處理要求為正火，硬度要求為163～269HBW。

試驗方案

本試驗全部利用鍛造余熱進(jìn)行退火，鍛后將曲軸裝入保溫箱內(nèi)，保溫一段時間后取出（試驗時為方便操作，待冷卻到100℃以下時取出），進(jìn)行表面、截面硬度和金相組織檢查。曲軸裝入保溫箱前溫度采用手持式紅外測溫儀測量，曲軸裝入保溫箱后，采用鎧裝熱電偶測量箱內(nèi)溫度變化情況。保溫箱示意圖見圖2。分別對鍛造余熱退火和普通正火的晶粒度、金相組織、硬度進(jìn)行比較。根據(jù)試驗結(jié)果，確定最佳的鍛造余熱退火工藝參數(shù)。通過改變曲軸入箱溫度和保溫時間制訂了三種試驗方案。

方案一：曲軸熱校正后直接裝入保溫箱，裝滿后不蓋箱蓋。

方案二：曲軸熱校正后直接裝入保溫箱，裝滿后蓋箱蓋。

圖1曲軸鍛件示意圖和檢驗部位

圖2保溫箱示意圖

方案三：曲軸熱校正后通過傳送帶冷卻，后裝入保溫箱，裝滿后蓋箱蓋。

試驗結(jié)果與分析

鍛件在保溫箱內(nèi)溫度變化情況

(5)反諷，反諷包括悖論和反諷?？肆炙?布魯克斯在1942年發(fā)表了《悖論語言》，以前，反諷可作為一種修辭手法，意思是“字面意義和實際要說出來的意義是相互對立的”⑤，悖論則是“表面上荒誕但實際是真實的陳述”。這兩個詞發(fā)展到了新批評這里開始注重的是兩者所形成的張力，反諷成為了詩的一種思考方式。布魯克斯還說道“語境對一個陳述句的明顯歪曲，我們稱之為反諷?！雹?/p>

鍛件在保溫箱內(nèi)的冷卻速度對鍛造余熱退火后的組織和硬度有重要影響。為了解保溫箱內(nèi)的溫度變化情況，在鍛件裝箱后用三根鎧裝熱電偶在箱內(nèi)不同部位（上、中、下）測量時間——溫度曲線。鍛件在保溫箱內(nèi)時間——溫度曲線分別見圖3和圖4。

圖3方案二鍛件在保溫箱內(nèi)冷卻曲線

圖4方案三鍛件在保溫箱內(nèi)冷卻曲線

從上述曲線可以看出：

⑴鍛件在保溫箱內(nèi)的冷卻速度緩慢，直接裝箱鍛件箱內(nèi)的冷速度只有20～30℃/h。經(jīng)過傳送帶后裝箱鍛件在箱內(nèi)冷卻速度稍快，為20～50℃/h。

⑵保溫箱內(nèi)中間部位較上、下部位溫度高。

⑶保溫箱內(nèi)不同位置的溫差較小，直接裝箱后箱內(nèi)最大溫差為29℃，經(jīng)過傳送帶后裝箱最大溫差為42℃。

硬度分析

曲軸鍛件要求正火后在大頭軸徑檢查布氏硬度，為了考核鍛造余熱退火后不同部位的硬度情況，分別對大頭軸徑、小頭軸徑和連桿軸徑等部位分別進(jìn)行表面和截面布氏硬度檢驗。

⑴表面硬度。分別抽取同保溫箱內(nèi)不同部位（上層、中層、下層）曲軸檢查表面硬度，檢驗部位為大頭主軸頸，硬度差和硬度平均值見圖5和圖6。

圖5同箱內(nèi)曲軸表面硬度差

圖6同箱內(nèi)硬度平均值

由圖中可知：①從同箱內(nèi)曲軸表面硬度差看，三種裝箱方式基本相同，方案一和方案二兩種方式略好；②從同箱內(nèi)曲軸平均表面硬度看，方案二和方案三兩種方式硬度較方案一的低，三種方式硬度由高至低分別為：方案一→方案三→方案二。為保證曲軸有良好的切削性能，經(jīng)過處理后曲軸表面硬度盡量低，從此角度出發(fā)，方案二方式最好，方案三次之，最差的是方案一。

⑵同曲軸不同部位的表面硬度。在同一曲軸的大頭主軸徑和小頭端部分別檢查表面硬度，結(jié)果見表1。

表1同一曲軸不同部位表面硬度（HBW）

結(jié)果表明：同件曲軸大頭主軸徑和小頭端部表面硬度均在要求硬度范圍內(nèi)，對曲軸的粗加工不會造成影響。從同件曲軸硬度散差看，方案二與正火態(tài)接近，在四種方式中散差最大。同時可以看出，硬度的高低與軸徑尺寸沒有對應(yīng)關(guān)系。

圖7同件曲軸截面硬度平均值

⑶截面硬度。對曲軸不同截面的芯部硬度進(jìn)行了布氏硬度檢驗，硬度平均值和硬度散差見圖7和圖8。

從截面硬度檢驗結(jié)果可知：同件曲軸截面硬度散差最小的是方案二，其余兩種方式相同；平均硬度最低的也是方案二，方案三次之，最差的是方案一。產(chǎn)生此結(jié)果的原因是方案一由于無箱蓋，在表層的鍛件冷卻過快，導(dǎo)致硬度高。

金相組織

圖8同件曲軸截面硬度差

表2曲軸金相組織

表3曲軸晶粒度

分別抽取三種方案處理的鍛件按圖1部位進(jìn)行金相組織檢查，同時抽取正火態(tài)和鍛態(tài)鍛件進(jìn)行對比。結(jié)果分別見表2和表3。金相組織見圖9。

圖9大頭主軸頸金相組織（100×）

從金相檢驗結(jié)果可以得出：⑴鍛后采用不同方案均可得到珠光體＋鐵素體組織，組織中無貝氏體等非正常組織。⑵鍛后在保溫箱內(nèi)長時間保溫，組織中無嚴(yán)重的魏氏組織。主要原因是鍛件裝箱過程中存在降溫，致使鍛件在高溫過程中停留時間不是很長，從測溫結(jié)果也可以看出，保溫箱裝滿后鍛件溫度已經(jīng)降低到700℃以下。

從晶粒度檢驗結(jié)果看：曲軸不同部位形變量不同，同時截面厚度不同造成在冷卻過程中的冷卻速度不同，造成不同截面的晶粒粗細(xì)有較大差異。截面較小的部位如平衡塊和小頭軸頸晶粒較細(xì)，截面較大的部位如連桿頸和主軸頸晶粒較粗。從晶粒粗細(xì)程度看，經(jīng)三種方案處理的曲軸晶粒情況接近，均有一定比例的大晶粒，方案一的晶粒情況稍好?？傮w看經(jīng)過鍛造余熱退火處理的曲軸晶粒度較正火處理的粗，這將有利于隨后的切削加工。同時，由于采用鍛造余熱退火處理得到的是珠光體+鐵素體的平衡組織，不具有遺傳性，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后晶粒可以重新細(xì)化。

調(diào)質(zhì)后曲軸的組織和性能

采用鍛造余熱退火處理的曲軸經(jīng)客戶進(jìn)行粗加工和調(diào)質(zhì)處理，其切削性能、調(diào)質(zhì)處理后的金相組織和機(jī)械性能相當(dāng)，裝機(jī)后無不良反映。

結(jié)束語

通過以上試驗分析，得出如下結(jié)論：

⑴微型車曲軸鍛件經(jīng)鍛造余熱退火處理，硬度滿足技術(shù)要求，金相組織為珠光體＋鐵素體，無貝氏體等異常組織出現(xiàn)。

⑵從硬度、金相組織等方面綜合分析，采用方案二效果最好，即采用鍛造后直接裝箱并加蓋方式。

⑶從應(yīng)用情況看，曲軸鍛造余熱退火工藝全部利用鍛造余熱，不需對鍛件進(jìn)行二次加熱，與原采用的正火工藝相比可節(jié)約大量電能，同時減少了熱處理爐開動臺時，降低了人工費用和設(shè)備維修費用。

⑷節(jié)能降耗效果顯著。據(jù)測算，曲軸采用正火工藝，單位電耗為500kWh/t。采用鍛造余熱退火工藝后，生產(chǎn)曲軸可節(jié)電500kWh/t，采用鍛造余熱退火工藝已生產(chǎn)曲軸鍛件40.1萬件，共4994t，節(jié)電近250萬kWh。電價按0.50元/kWh計算，節(jié)約電費近125萬元。同時減少了熱處理爐開動，降低了熱處理爐維修費用，如新建工廠可節(jié)約正火爐投資100萬元。

張俊恩，高級工程師，主要從事鍛件熱處理和熱模鍛熱處理工藝。