金屬材料熱處理變形的影響因素和控制策略

趙 行，肖 捷

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710077）

熱處理技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)金屬材料進(jìn)行熱加工而改變金屬材料的外在物理屬性或者是其內(nèi)在的化學(xué)性質(zhì)。熱處理過(guò)程，因?yàn)榱慵崽幚磉^(guò)程內(nèi)部存在熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，所以不可避免的存在零件變形問(wèn)題。如何減少變形，保證零件熱后尺寸就是我們迫切需要解決的問(wèn)題。針對(duì)我公司產(chǎn)品變速箱齒輪而言，熱處理變形主要影響齒輪裝配精度，輕則行駛中異響，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致掛擋失敗甚至變速箱打齒。下面筆者就我公司某代表性零件舉例說(shuō)明我們?cè)跍p少零件熱后尺寸變形的一些探索[1]。

1 存在的問(wèn)題

從2017年開(kāi)始，公司某款同步器齒轂（材料20CrMnTi）經(jīng)常出現(xiàn)由于周節(jié)累積誤差過(guò)大而無(wú)法裝配的現(xiàn)象，二月初出現(xiàn)批量無(wú)法裝配的現(xiàn)象[2]。設(shè)計(jì)要求周節(jié)累積誤差小于0.13mm。通過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)周節(jié)累積誤差大于0.20mm以上會(huì)造成無(wú)法裝配；當(dāng)處于0.15mm～0.20mm之間時(shí)裝配時(shí)有卡滯；當(dāng)小于0.15mm時(shí)，裝配較順利。

圖1 同步器齒轂簡(jiǎn)圖

2 采取的措施

（1）通過(guò)調(diào)整淬火介質(zhì)、攪拌強(qiáng)度、滲碳淬火溫度、裝卡方式等多種途徑，對(duì)該批次零件進(jìn)行多輪工藝試驗(yàn)，該批次零件的材料淬透性信息及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表。

表1 出現(xiàn)批量無(wú)法裝配批次D17A25400、D17A25409零件的淬透性信息

表2 D17A25400、D17A25409兩個(gè)批次零件的試驗(yàn)結(jié)果

（2）對(duì)從庫(kù)里挑出的淬透性偏低的D17B21509批次的零件進(jìn)行類(lèi)似的工藝驗(yàn)證，結(jié)果如下。

表3 淬透性偏低的D17B21509批次的零件淬透性信息

表4 淬透性偏低的D17B21509批次的零件的工藝驗(yàn)證結(jié)果

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）該類(lèi)零件在熱油熱處理后的變形小于在G油熱處理的。同設(shè)備同工藝情況下，攪拌速度降低有助于減小變形。

（2）20CrMnTiH材料端淬值偏下限的變形小于材料端淬值偏上限的。

（3）該類(lèi)零件平裝熱處理變形明顯小于串裝熱處理，到目前為止，平裝熱處理的零件可基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的要求，但平裝生產(chǎn)產(chǎn)能會(huì)有一些損失。

4 原因分析及后續(xù)改進(jìn)

4.1 原因分析

（1）零件在試制開(kāi)發(fā)進(jìn)行冷熱配合變形實(shí)驗(yàn)時(shí)不充分，對(duì)于零件合格與否的判定缺乏數(shù)據(jù)支撐，且未充分考慮20CrMnTiH材料淬透性處于極端狀況下的零件變形情況。

（2）零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整變化后，未重新進(jìn)行充分的冷熱變形實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證便批量生產(chǎn)。

（3）齒轂類(lèi)零件大多屬于薄壁易變形零件，但該類(lèi)零件未列入原材料信息重點(diǎn)跟蹤的四大類(lèi)零件，存在出現(xiàn)問(wèn)題無(wú)法追溯的現(xiàn)象。

4.2 后續(xù)改進(jìn)

（1）已簽訂低淬透性20CrMnTiH1的鋼材技術(shù)協(xié)議，待該材料的零件毛坯到位后，重新進(jìn)行冷熱配合試驗(yàn)，進(jìn)行工藝驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果考慮切換20CrMnTiH1的鋼材。

（2）對(duì)齒轂類(lèi)零件的平裝工裝重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，力爭(zhēng)平裝比串裝的產(chǎn)能損失控制在15%以?xún)?nèi)[3]。

（3）將產(chǎn)量較大常見(jiàn)同步器零件納入了重點(diǎn)跟蹤的四大類(lèi)零件目錄，便于產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題分析及產(chǎn)品追溯[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，金屬材料熱處理變形是我國(guó)當(dāng)前一個(gè)主要的問(wèn)題。因此，為了更好的解決金屬材料在熱處理過(guò)程中所引發(fā)的變形問(wèn)題，需要不斷地對(duì)引發(fā)金屬材料變形的因素進(jìn)行分析；根據(jù)其因素制定出有針對(duì)性的措施，以更好地減少在對(duì)金屬材料熱處理過(guò)程中所引發(fā)的變形現(xiàn)象，更好地讓我國(guó)的金屬材料以更佳的狀態(tài)被應(yīng)用在各行各業(yè)中。