滲碳淬火墊板變形及矯正

陳濤，陳睿

接近方形薄板的熱處理變形及校直問題一直是此類滲碳工件的生產(chǎn)難點，我公司產(chǎn)品中一批滲碳淬火墊板，加工工序為：下料→鍛造→正、回火→粗磨→滲碳、淬火→精磨，滲碳后淬火工藝為830mm×2h，油淬，180℃低溫回火。

在以前的滲碳淬火過程中，我們應(yīng)用傳統(tǒng)的淬火方法，為了防止其因裝爐不當(dāng)所帶來的變形，用吊具垂直懸掛，但淬火后仍會產(chǎn)生較大變形，最大達(dá)3.5mm。之后我們采取工裝夾持，效果良好，現(xiàn)將整個改進(jìn)過程闡述如下。

1.零件結(jié)構(gòu)及加工工藝

該件（見圖1）材質(zhì)20CrMnMo，滲碳前單面余量（1+0.1）m m。外形尺寸為530mm×470mm×25mm，硬度要求≥55HRC。

圖1 工件形狀示意

2.熱處理變形超差與分析

920℃滲碳后一次加熱淬火，淬火冷卻介質(zhì)為L-AN32全損耗系統(tǒng)用油，淬火完成后，我們對其中隨機8件工件進(jìn)行測量，結(jié)果如表1所示。

通過測量發(fā)現(xiàn)，所有工件滲碳面呈“鍋形”，即滲碳面凹陷，四角翹起，非滲碳面鼓出，對其變形成因進(jìn)行如下分析：

在工件垂直入油冷卻后，平板兩面溫度下降速度基本是一致的，可是，為了節(jié)約后續(xù)非滲碳面的機加工成本，我們在非滲碳面刷涂了防滲碳涂料。此時，由于滲碳面和非滲碳面產(chǎn)生馬氏體（相變）的溫度并不相同，出現(xiàn)了相變的不同期性問題。非滲碳面的Ms點相對要高，先發(fā)生相變，導(dǎo)致體積增大，并在比較窄的溫度區(qū)間完成了全部相變過程，而這時滲碳面仍然處于過冷奧氏體熱收縮階段，塑性較好，導(dǎo)致整個工件發(fā)生了滲碳面下凹的變形。當(dāng)溫度降至滲碳面的Ms以下發(fā)生馬氏體相變時，體積增大率雖然比較大，然而，由于與非滲碳面及其滲碳層下面的心部區(qū)域的尺寸相比，其厚度顯得很薄，此時因非滲碳面體積膨脹已產(chǎn)生的阻力相對較大，使之不能改變前面因非滲碳面變形所帶來的變形抗力。也就是說，前期的變形保留了下來，形成最終的“鍋形”。

滲碳前單邊留量（1.0+0.1）mm，從實測數(shù)據(jù)來看，超差過大，本身此類寬薄板難以校正，原先我們用壓力機進(jìn)行校正，效果不佳，且難于操作，加之工件內(nèi)部有沉孔，強度較小，壓斷風(fēng)險增大，操作難度較大。之后我們采用冷敲擊法，擊打低點，使其利用金屬的延展性進(jìn)行校正，但效率慢，而且勞動強度大。

3.工藝試驗與變形控制

既然變形方向一致，我們就對四角翹起現(xiàn)象進(jìn)行阻止。另外，雖然滲碳過程中熱應(yīng)力不會產(chǎn)生較大變形，但為了防止其微小變形，并為了對沉孔起保護(hù)作用，不讓其因滲碳而增加脆性，我們對第二批工件在滲碳之初利用工件的沉頭孔，用螺栓作為夾具對其固定，為保證各面受力均等且冷速較快，在螺栓外穿入φ50mm×80mm的鋼管，且嚴(yán)格控制鋼管長度（80±0.1）mm，如圖2所示。之后對其進(jìn)行滲碳淬火，在保證工藝正確的前提下，我們對其變形再一次進(jìn)行檢查，結(jié)果見表2。

表1 未用夾具前變形情況

表2 用夾具后變形情況

圖2 墊板夾具示意

4.結(jié)語

實踐證明，在滲碳以及淬火時對墊板進(jìn)行固定，對控制其變形具有重要作用，從實測數(shù)據(jù)可知，該零件尺寸合格率提高，取得了良好的改進(jìn)效果，滿足了生產(chǎn)的需要，節(jié)省了人力，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。20140412