嚙合套滲碳淬火變形控制

丁福明，秦鵬濤，羅沭東

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 寶雞 722408）

1 工藝過程

2 現(xiàn)狀介紹

嚙合套滲碳淬火變形控制過程：鍛件（采購）—粗加工—精加工—拉齒—滲碳淬火拋丸—清洗。

2.1 工藝方法

工藝方法采用一次淬火工藝方法，滲碳后空冷，二次加熱淬火，具體內(nèi)容如表1所示。

2.2 零件信息

零件外形如圖1所示。

在清洗步驟用花鍵軸檢測內(nèi)花鍵通過性時，發(fā)現(xiàn)有50%的零件無法通過，檢測花鍵跨棒距尺寸，跨棒距尺寸不合格，花鍵孔存在最大0.24 mm的橢圓和最大0.20的稍度。

2.3 使用工裝及裝爐方式

嚙合套滲碳、淬火、回火時使用的工裝為通用性較強的圓形料筐，材質(zhì)為耐熱鋼。料筐結(jié)構(gòu)如圖2所示，裝爐方式為散裝入爐，如圖3所示。

3 原因分析

統(tǒng)計滲碳淬火后的變形量，對15件零件進行標記，爐內(nèi)分上（1—5號）、中（6—10號）、下（11—15號）三個區(qū)域放置，進行熱處理前后一對一尺寸檢測，技術(shù)要求如表2所示，熱處理前數(shù)據(jù)統(tǒng)計表如表3所示，熱處理后數(shù)據(jù)統(tǒng)計表如表4所示。

通過熱處理前尺寸檢測發(fā)現(xiàn)，拉齒后尺寸較為穩(wěn)定，跨棒距控制在53.06 mm～53.12 mm，橢圓控制在≤0.04范圍內(nèi)，稍度控制在≤0.04范圍內(nèi)；滲碳淬火過程中變形量較大，跨棒距在52.70 mm～53.04 mm，橢圓控制在0.04～0.24，稍度控制在0.04～0.20。尺寸在技術(shù)要求范圍內(nèi)的8件，占比53.3%，尺寸超差的7件，占比46.7%，根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析，零件變形量主要產(chǎn)生于滲碳淬火過程中。

滲碳淬火加熱過程中工件相互抵壓，當溫度上升到一定程度時，工件各部位屈服強度的變化就會引起不均勻的塑性變形而造成其形狀改變。根據(jù)熱處理變形的特點，嚙合套滲碳淬火過程中主要發(fā)生扭曲變形，扭曲變形主要是加熱時工件在爐內(nèi)放置不當造成的。不同零件淬火過程浸入淬火介質(zhì)的姿態(tài)對零件淬火變形有很大的影響，例如軸類、桿類及筒狀工件軸向垂直浸入淬火介質(zhì)中，其變形量最小。

參照對其他類型零件變形規(guī)律的研究和總結(jié)。經(jīng)過分析，造成變形的主要原因為工件散裝，在滲碳階段900 ℃完全奧氏體化后，工件強度降低，相互抵壓變形。在815 ℃淬火冷卻階段相互抵壓，導(dǎo)致工件冷卻不均勻，收縮量不均勻，扭曲變形。

4 對策制定

根據(jù)上述分析結(jié)果，通過設(shè)計隔層（圖4），改變零件裝爐方式，將工件每層單獨隔開，同時改變工件擺放姿態(tài)，齒向上、齒向下，實現(xiàn)均勻冷卻檢測兩種方案變形量，進行對比。

4.1 方案一

通過采用隔層將工件每層分割開，相互獨立，互不抵壓，同時按照齒向下的方式裝爐（圖5），并對15件零件進行標記，爐內(nèi)分上（1—5號）、中（6—10號）、下（11—15號）三個區(qū)域放置，裝爐方式如圖6所示。

滲碳淬火前檢測跨棒距尺寸，跨棒距、橢圓、稍度尺寸均在技術(shù)要求范圍內(nèi)。熱處理后數(shù)據(jù)統(tǒng)計表如表5所示。

數(shù)據(jù)分析，通過熱處理后尺寸檢測發(fā)現(xiàn)，滲碳淬火過程中變形量得到有效控制，尺寸在技術(shù)要求范圍內(nèi)的14件，占比93.3%，跨棒距在52.80 mm～52.92 mm，橢圓控制在0.04～0.08，稍度控制在0.02～0.06；尺寸超差的1件，占比6.7%。通過性檢測中，1件花鍵軸無法通過。

4.2 方案二

通過采用隔層將工件每層分割開，相互獨立，互不抵壓，同時按照齒向上的方式裝爐（圖7） ，并對15件零件進行標記，爐內(nèi)分上（1—5號）、中（6—10號）、下（11—15號）三個區(qū)域放置，裝爐方式如圖8所示。

滲碳淬火前檢測跨棒距尺寸，跨棒距、橢圓、稍度尺寸均在技術(shù)要求范圍內(nèi)。熱處理后數(shù)據(jù)統(tǒng)計表如表6所示。

通過熱處理后尺寸檢測發(fā)現(xiàn)，滲碳淬火后尺寸在技術(shù)要求范圍內(nèi)，100%合格，跨棒距在52.80 mm～52.92 mm，橢圓控制在0.04～0.08，稍度控制在0.02～0.04范圍內(nèi)；通過檢測，花鍵軸100%均可通過。

拉齒方向不同導(dǎo)致部分工件平端的跨棒距尺寸大于齒端的跨棒距尺寸。熱應(yīng)力導(dǎo)致花鍵內(nèi)孔縮小，組織應(yīng)力導(dǎo)致花鍵內(nèi)孔漲大，所以采用平端向下，冷卻過程中，平端先浸入冷卻介質(zhì)，熱應(yīng)力大于組織應(yīng)力，跨棒距尺寸縮小較大，補償平端跨棒距尺寸，減小稍度。

4.3 對比分析

改變裝爐方式和擺放姿態(tài)發(fā)現(xiàn)，齒向上的裝爐方案有效控制了零件變形量，合格率由原來的53.3%提升到100%，同時橢圓、稍度的范圍控制在0.04以內(nèi)，如表7所示。

在實驗過程中還發(fā)現(xiàn)，滲碳隔層在使用一段時間后會產(chǎn)生變形，而隨著隔層變形的加大，零件變形會加劇，需定期檢查，并更換隔層。

5 結(jié)論

（1）嚙合套滲碳淬火過程中，采用隔層隔開、齒向上擺放的裝爐方式，產(chǎn)生的變形量較小，合格率達到100%。

（2）工件結(jié)構(gòu)及尺寸要求不同，裝爐方式對工件的變形影響較大，所以在設(shè)計工藝方案時要重視工件裝爐方式的合理性。