彈性夾箍熱處理工藝研究

彭展里，賀國益

（1.貴陽銳鑫機械加工有限責任公司，貴州 貴陽 550000；2.中國航空工業(yè)標準件制造有限責任公司，貴州 貴陽 550000）

一汽大眾、上海大眾轎車上四個圖號的夾箍熱處理后安裝斷裂一直是一個技術(shù)問題。自從80 年代后我國轎車開發(fā)采用夾箍以來，斷裂問題一直沒有得到解決，若采取最原始的方法在裝配之前100%進行夾斷試驗，但這給產(chǎn)品最終交付狀態(tài)直接帶來很大的影響，即直徑變大，不符合要求。而且100%夾斷試驗過的零件也難保證在使用裝配中不再斷裂，斷裂的比例很大約8%以上，且斷裂釋放的能量形成沖擊力易傷害裝配者，影響我廠信譽。雖然有時采用補充回火，或提高回火溫度（如390℃）讓硬度處在最下限HV480。斷裂現(xiàn)象并沒有得到改善，仍有8%左右。甚至最大的夾箍，夾緊時變形最小，也有斷裂。我們查找德國圖紙發(fā)現(xiàn)熱處理要求貝氏體連續(xù)淬火，這種工藝方法我廠沒有設備條件。若要購買需300 萬元以上，且國內(nèi)沒有成熟的設備，為了解決此問題，我們做了如下工作，找出了最佳熱處理工藝。在不購買設備的情況最終解決了產(chǎn)品斷裂問題。

1 實驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗所采用的50CrVA 鋼[1]（GB/T1222-1984）其化學成分見表1 所示。

表1 50CrVA 鋼的化學成分

表2 50CrVA 鋼物理性能

表3 50CrVA 鋼力學性能

1.2 實驗方法

我們用原斷裂為10%的同一批夾箍材料來進行試驗。該批樣品的斷裂最為嚴重，使用的材料50CrVA 鋼厚度為δ1.6。試驗1 ～7 使用的熱處理條件和硬度測試結(jié)果如表4 所示。

對序號6、7 不同淬火溫度同爐回火的拉力試片進行了機械性能試驗，結(jié)果如下，見表5。

表5 樣品6 和7 不同熱處理下的機械性能

2 試驗結(jié)果及分析

50CrVA[2]鋼經(jīng)過適當熱處理后（淬火及回火）具有高比例極限和強度極限，高的疲勞強度以及較低的彈性模數(shù)，δs/δb的比值也高，并有高的淬透性與較低過熱敏感性。鋼的切削加工性尚好，當HB=183 ～241 時，相對加工性為45%。但冷變形時塑性低，焊接性也低，焊接前應預熱到100℃～430℃。

50CrVA 鋼在加熱到300℃時，其彈性仍可保持。所以適用于制造特別重要的承受大應力的各種尺寸的螺旋彈簧、片彈簧，也可用作大載面的及在400℃以下工作的主要零件，在發(fā)動機制造中用作汽門彈簧。

用這種鋼制作的彈簧，經(jīng)淬火后，需在370℃～420℃回火處理，以消除應力與提高屈服強度[1]。本文的彈性夾箍在汽車發(fā)動中用于夾緊水管，避免漏水。其裝配時，用專用工具使夾箍直徑增大，套入膠管中，最后松開專用工具使其夾緊水管。原熱處理工藝的彈性夾箍在用專用工具使夾箍直徑增大，即發(fā)生變形時，夾箍發(fā)生脆性斷裂，其斷口未有明顯塑性變形。

試驗序號1 方案由于淬火加熱溫度750 ℃沒有達到Ac1752℃，所以淬火沒有硬度。

試驗序號2 方案由于淬火加熱溫度755℃，溫度偏低，鐵素體較多，馬氏體較少，所以淬火硬度HRC ～35 不合格。

表4 試驗夾箍熱處理條件和硬度測試結(jié)果

試驗序號3 方案雖然淬火加熱溫度770℃，但淬火后鐵素體較多，馬氏體含量盡管比755℃淬火方案多，但硬度仍然達不到圖紙要求。

試驗序號4 方案雖然淬火加熱溫度780℃，鋼處在兩相區(qū)，有未溶鐵素體、有奧氏體。淬火后奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體、鐵素體保留下來，雖然經(jīng)回火硬度合格，但夾緊試驗仍有很大比例的斷裂。淬火組織見圖1（a）。

試驗序號5 方案先高溫900℃正火+780℃亞溫淬火，雖然硬度合格，但仍有很大比例斷裂。淬火組織見圖1（b）。

試驗序號6 方案860℃淬火，370℃～385℃回火為熱處理手冊推薦的標準淬火回火工藝，是我廠采用的常規(guī)工藝，但斷裂仍很大。原因淬火組織以片狀馬氏體為主。淬火組織見圖1（c）。

試驗序號7 方案采用比常規(guī)淬火溫度高60℃～70℃，淬火組織以板條馬氏體為主，同時未發(fā)現(xiàn)脫碳。淬火組織見圖1（d）。經(jīng)370 ～385℃回火，硬度合格，夾緊試驗未發(fā)現(xiàn)斷裂。序號7 變形檢查：淬火前、后取200 件進行檢查未發(fā)現(xiàn)變形。

圖1 試樣4 ～7 顯微組織圖

標準淬火工藝860℃，得到的組織以片狀孿晶馬氏體為主，這種組織的塑性、韌性較差，在外力作用下片狀馬氏體的主要變形方式是機械孿生，且孿生變形受到馬氏體中已有相變孿晶的制約，可供動作的晶體學系統(tǒng)較少。片狀馬氏體中的孿晶界易于造成位錯塞積，使孿晶界產(chǎn)生應力集中而出現(xiàn)微裂紋。此外，體心立方金屬中的孿生變形也容易在孿晶與晶界的交界處產(chǎn)生微裂紋。在外力的作用下，這些微裂紋就可能擴展成宏觀裂紋。而且，片狀馬氏體中各片馬氏體互成一定角度，馬氏體高速長大時可能互相沖撞。馬氏體片的尖端也可能沖擊原奧氏體晶界，這都可能導致微裂紋的產(chǎn)生。片狀馬氏體中碳原子偏聚于孿晶界，碳化物沉淀也多集中于孿晶界，在外力的作用下，微裂紋易于沿攣晶界擴展[3],特別硬度要求高HV480 ～520，回火溫度偏低（370℃～390℃）脆性就更大。提高淬火溫度將抑制片狀孿晶馬氏體的形成，能獲得更多的具有較高韌性的板條馬氏體[4]。因為板條馬氏體的主要形成方式是滑移，在外力的作用下，馬氏體中的大量位錯易于沿滑移面運動。板條馬氏體中的晶界和領(lǐng)域有阻止裂紋擴展的作用。板條馬氏體束內(nèi)的板條大致平行，它們長大時不會互相沖擊，板條馬氏體中有高密度位錯，在位錯外的碳原子偏聚區(qū)或有優(yōu)先析出的碳化物相對的比較細小均勻[3]。

由于采用鹽爐高溫加熱，加熱速度較快且保溫時間短，奧氏體形核較多，奧氏體晶粒較細[5]，因而馬氏體領(lǐng)域和馬氏體束較小，即塑性、韌性有所提高[3]。從表二數(shù)據(jù)可知920℃淬火比860℃淬火延伸率高一倍。

采用920℃加熱，保溫3min 油淬，380±10℃30min 回火新工藝，10 月～12 月共生產(chǎn)產(chǎn)品145 萬件。任取20%左右數(shù)量進行夾緊試驗未發(fā)現(xiàn)一件斷裂。

3 結(jié)論

（1）熱處理工藝對彈性夾箍的組織和性能有較大的影響。通過大量的實驗。發(fā)現(xiàn)采用920℃～930℃油淬3min，然后再在370℃～390℃回火30min 能有效解決夾箍使用過程中斷裂的現(xiàn)象。

（2）提高淬火溫度可以抑制片狀孿晶馬氏體的形成，能獲得更多具有較高韌性的板條狀馬氏體。同時，板條狀馬氏體位錯外的碳原子偏聚區(qū)優(yōu)先析出的碳化物相對的比較細小均勻。