變形量對(duì)余熱淬火鏈軌節(jié)鍛件晶粒度的影響

文/英成業(yè)，周琦，吳岳嶺·山推工程機(jī)械股份有限公司

鍛造余熱淬火是在鍛造后利用鍛件自有的余熱直接進(jìn)行熱處理，它將鍛造與熱處理兩工序緊密結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了兩工序的合并，節(jié)省了工件后續(xù)熱處理的再次加熱，是一種大量節(jié)約能源的有效途徑，目前已在汽車、工程機(jī)械行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

采用余熱淬火工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品，具有優(yōu)秀的綜合力學(xué)性能，但與采用常規(guī)調(diào)質(zhì)熱處理生產(chǎn)的產(chǎn)品相比，其晶粒度較低，采用余熱淬火工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品，其晶粒度通常要比采用調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品低1 ～2 級(jí)。影響余熱淬火鍛件晶粒度的因素見表1。

由于受到各種因素的制約，鍛件在進(jìn)行批量生產(chǎn)時(shí)，其產(chǎn)品形狀、使用的原材料、采用的設(shè)備一般是無(wú)法改變的。此時(shí)，若要提高余熱淬火鍛件的晶粒度，需要對(duì)鍛造工藝進(jìn)行調(diào)整。影響鍛件晶粒度的工藝因素主要有三點(diǎn)，包括鍛造溫度、鍛造后至淬火前的時(shí)間、各鍛造工步間的變形量。通過降低鍛造溫度，減少鍛造后至淬火前的停留時(shí)間，能夠控制晶粒長(zhǎng)大，提高鍛件晶粒度。

實(shí)際生產(chǎn)中，考慮到鍛件的質(zhì)量和產(chǎn)線的布置，工藝參數(shù)調(diào)整的區(qū)間范圍是有限的。以我公司某鏈軌節(jié)鍛件產(chǎn)品為例，鍛造加熱溫度為(1180±30)℃，鍛后入油時(shí)間為35s 以內(nèi)，經(jīng)驗(yàn)證，在此范圍內(nèi)對(duì)鍛造溫度及鍛后入油時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，對(duì)鍛件晶粒度無(wú)明顯影響。

表1 影響余熱淬火鍛件晶粒度的因素

鍛造過程是通過高溫下塑性變形引起的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，達(dá)到細(xì)化晶粒的效果。根據(jù)臨界變形區(qū)理論(圖1)，當(dāng)變形量大于臨界變形時(shí)，金屬內(nèi)部均產(chǎn)生了塑性變形，因而再結(jié)晶時(shí)，同時(shí)形成很多核心，這些核心稍一長(zhǎng)大即互相接觸了，所以再結(jié)晶后獲得了細(xì)晶粒。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，尤其對(duì)于形狀復(fù)雜的多工位模鍛件，由于其變形工步多，各工步間變形過程復(fù)雜，因此很難直接判斷其各工位間鍛件晶粒度的變化規(guī)律。本文以我公司某鏈軌節(jié)鍛件產(chǎn)品為例，通過試驗(yàn)對(duì)多工位模鍛過程中各工步鍛造變形量對(duì)余熱淬火鍛件晶粒度的影響進(jìn)行了研究。

各工位模鍛件晶粒度變化規(guī)律

該鏈軌節(jié)鍛件鍛造工藝為：棒料→壓扁→預(yù)鍛→終鍛→沖孔切邊，為研究各工位鍛件晶粒度的變化規(guī)律，分別取每個(gè)工位的鍛件，在950℃下進(jìn)行油淬，并在鍛件相同位置取樣剖切以觀察其晶粒度。試驗(yàn)件如圖2 所示，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

圖1 變形程度與晶粒度的關(guān)系

圖2 不同工位的淬火鍛件

可以看到，由棒料直接成形得到的終鍛件，其晶粒度級(jí)別最高為4.8 級(jí)；增加了預(yù)鍛工位之后，從棒料到預(yù)鍛件，晶粒度由3.0 級(jí)提高至4.5 級(jí)，從預(yù)鍛到終鍛晶粒度基本無(wú)變化；繼續(xù)增加壓扁工位，從棒料到壓扁件，晶粒度提高了0.7 級(jí)，從壓扁件到預(yù)鍛件，晶粒度提高了0.4 級(jí)，從預(yù)鍛到終鍛晶粒度無(wú)變化，此種工藝得到的終鍛件晶粒度最低僅為4.1 級(jí)。

由此推斷，鏈軌節(jié)鍛造過程中晶粒的細(xì)化主要是在棒料到預(yù)鍛的變形過程中完成的，預(yù)鍛以后的終鍛以及沖孔切邊工位，對(duì)晶粒度基本無(wú)影響。并且隨著變形工步的增多，由于各工步間變形程度減小，鍛件晶粒度變差。

變形量對(duì)晶粒度的影響

工件在壓扁工位上變形時(shí)，坯料的高度減小，橫截面積增大，基本上屬于鐓粗成形。而工件在預(yù)鍛工位上的變形復(fù)雜，坯料局部是以鐓粗壓入的方式成形，高度減?。痪植渴且詳D壓的方式成形，高度增加。鍛件晶粒的細(xì)化是在這兩步成形過程中完成的，對(duì)于鍛件局部來說，其過程復(fù)雜，需要通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)以上情況，設(shè)計(jì)試驗(yàn)，分別改變壓扁工位和預(yù)鍛工位的變形量，記錄不同變形量下終鍛件晶粒度的變化趨勢(shì)。

表2 不同鍛造工藝下各工位鍛件晶粒度

由圖3 可以看到，隨壓扁工位件厚度增加，終鍛件晶粒度降低；隨預(yù)鍛工位件厚度增加，終鍛件晶粒度提高，如圖4 所示。

結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)以上規(guī)律，我公司對(duì)該產(chǎn)品壓扁及預(yù)鍛工位模具進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，鍛件心部晶粒度全部達(dá)到客戶要求等級(jí)以上，且平均值由4.1 級(jí)提高至5.2 級(jí)。

圖3 晶粒度與壓扁工位件厚度的關(guān)系

圖4 晶粒度與預(yù)鍛工位件厚度的關(guān)系

對(duì)于此鏈軌節(jié)鍛件，減小其壓扁工位件厚度，增加其預(yù)鍛工位件厚度，能夠增加鍛造成形過程中各工位間的變形程度，提高其晶粒度。同樣，對(duì)于其他模鍛件來說，各工位間的變形越劇烈，鍛造過程中的晶粒細(xì)化效果越好，最終得到的鍛件晶粒度越高。在實(shí)際生產(chǎn)中，各工位間變形量的設(shè)計(jì)受到鍛件質(zhì)量、模具壽命、設(shè)備能力等多方面因素的制約，因此不能隨意增加，但是可通過設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、軟件模擬等多種方法尋找其最優(yōu)值。

明代的服飾，大體上沿襲唐制，但宋元服裝形式中的某些式樣也有保留。