滲碳淬火變形分析

本文探討了在滲碳淬火過程中對(duì)淬火變形產(chǎn)生影響的各方面因素。主要有裝料方式、毛坯質(zhì)量、淬火油選用、滲碳溫度、淬火溫度和升溫速率。通過對(duì)影響因素的討論,進(jìn)一步探索如何減小淬火變形。最后對(duì)具體滲碳工藝進(jìn)行舉例。

1 淬火變形影響因素

淬火變形主要是由于淬火過程中零件產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致,影響變形因素較多。通常認(rèn)為,熱處理后零件精度降低兩級(jí)。為了減小變形,通常的思路是減小在熱處理過程中溫度升降速度、適當(dāng)降低熱處理溫度等,以減小零件熱應(yīng)力。例如預(yù)熱工序,主要目的就是減小升溫時(shí)的溫度梯度,使工件能夠相對(duì)緩慢均勻地加熱至滲碳溫度。在滲碳保溫時(shí),可以將溫度適當(dāng)降低(如930℃降至920℃)。淬火過程中,可以使用慢速淬火油,分級(jí)淬火,降低攪拌速度等方式。這些都有助于減小淬火變形,但是淬火變形并不僅限于在熱處理工藝中進(jìn)行改善。淬火變形如果具有一定規(guī)律性,則可以在機(jī)加過程中做出適當(dāng)調(diào)整,彌補(bǔ)淬火變形。零件尺寸精度要求較高時(shí),還可以通過磨齒來提高其精度。當(dāng)零件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí),容易使淬火變形規(guī)律不明顯,這時(shí)解決變形問題難度就較大。根據(jù)對(duì)淬火變形影響因素的分析,可以從不同方面采取不同手段對(duì)其進(jìn)行控制。

1.1 裝料方式

平裝零件平面度較差而串裝零件橢圓度較差。除零件的變形外,料盤長(zhǎng)時(shí)間使用后也會(huì)發(fā)生變形,嚴(yán)重變形的料盤不能繼續(xù)使用。為提高料盤使用壽命,裝載量選擇應(yīng)合適,并且每次使用時(shí)翻轉(zhuǎn)料盤,改變其受力面。選擇裝料方式時(shí),應(yīng)按照零件的技術(shù)要求和實(shí)際生產(chǎn)情況來進(jìn)行。

1.2 毛坯質(zhì)量

毛坯的熱處理質(zhì)量和材料質(zhì)量對(duì)于零件的最終熱處理質(zhì)量非常關(guān)鍵。這一方面的問題也是在軸齒中心實(shí)習(xí)期間了解過程中反應(yīng)最多的問題。因?yàn)闊o論機(jī)加工質(zhì)量、滲碳熱處理工藝等都可以進(jìn)行調(diào)整,且質(zhì)量偏差不會(huì)太大。但由于毛坯正火不合格、材料穩(wěn)定性差等因素導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量問題,既無法預(yù)知也基本沒有補(bǔ)救的方法。

1.3 淬火油選用

淬火油在能夠保證產(chǎn)品硬度的前提下,應(yīng)盡量選擇有助于減小淬火變形的淬火油。這也是相類似的淬火油不能簡(jiǎn)單互相替換的原因。對(duì)于同種產(chǎn)品,使用不同品牌或型號(hào)的淬火油,可能在層深和硬度方面都能夠達(dá)到要求,但是淬火變形則難以保證相同。這樣對(duì)于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品,就難以保證其質(zhì)量穩(wěn)定性。

1.4 滲碳溫度

滲碳溫度高,一方面零件升溫時(shí)溫度梯度加大,另外在加熱保溫過程中,強(qiáng)度也相應(yīng)降低。既增加了熱應(yīng)力,又降低了零件本身抵御變形的能力。因此,盡管滲碳溫度升高有助于滲碳過程,該溫度也應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)。如果發(fā)現(xiàn)淬火變形較大,可以適當(dāng)降低滲碳溫度。滲碳溫度調(diào)整范圍較小,一般不超過20℃。

1.5 淬火溫度

淬火溫度是指滲碳與擴(kuò)散過程結(jié)束后,在淬火前零件的溫度。這一溫度一般低于滲碳溫度。在淬火過程中,零件從高溫快速冷卻至淬火油溫,此時(shí)對(duì)變形的控制主要在于冷卻時(shí)均勻降溫,避免零件上不同部位溫差過大。

1.6 升溫速率

零件首先進(jìn)入預(yù)氧化爐并被加熱至400℃左右,隨后進(jìn)一步加熱至滲碳溫度(910℃以上)。在預(yù)氧化爐中,零件并非隨爐冷態(tài)升溫,而是直接進(jìn)入設(shè)定溫度的爐內(nèi)。一般預(yù)氧化爐設(shè)定溫度不超過450℃,這樣在進(jìn)入預(yù)氧化爐以前和預(yù)氧化結(jié)束進(jìn)行滲碳時(shí)加熱溫度梯度都不是太高,能夠保證其不發(fā)生較大變形。

2 滲碳淬火變形技術(shù)要求

滲碳淬火控制淬火變形主要采用壓淬方式。壓淬后對(duì)橢圓度、平面度進(jìn)行測(cè)量,不合格零件需返工重新壓淬。但是零件只能返工一次,仍不合格的零件作為廢件處理。壓淬只能保證橢圓度和平面度,對(duì)于齒形齒向的變形無法矯正。對(duì)于尺寸精度要求較高的零件,可以通過磨齒保證精度。磨齒加工時(shí)應(yīng)留有0.10mm的加工余量,也即淬火變形不能超過機(jī)加余量范圍。

橋齒被動(dòng)齒輪滲碳淬火工藝比較成熟,設(shè)備均為自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備,參數(shù)設(shè)定后工藝穩(wěn)定,操作者影響因素小。淬火變形不合格的情況大多是由于齒坯正火工藝不合格或材料穩(wěn)定性差導(dǎo)致。正火工藝不合格情況主要是正火時(shí)間短,組織轉(zhuǎn)變不充分,導(dǎo)致零件內(nèi)部均勻性差,在熱處理過程中熱應(yīng)力分布不均勻而變形。材料本身穩(wěn)定性差也會(huì)導(dǎo)致熱處理中的變形超差或變形無規(guī)律。對(duì)于箱齒零件,尺寸較小,相應(yīng)變形度要求較高。