淺談減少CrWMn芯軸熱處理畸變的工藝措施

【摘要】crwmn軸類模具，在淬火過程中時常發生變行量超差造成報廢。通過改進工藝線路，在機加工前加以鍛造，高溫正火及回火，在等溫球化退火后增加調質工藝及增加精磨次數及去應力回火次數，從而達到減小工件的變行量。

【關鍵詞】鍛造；高溫正火及回火；調質處理

一、芯軸的原加工工藝

芯軸原加工路線為：毛坯粗加工—等溫球化退火—半精加工—淬火—精磨—低溫去應力回火—精磨。（1）等溫球化退火工藝。芯軸零件毛坯為退火軟態料，未經鍛造直接下料加工，經等溫球化退火，即零件隨爐加熱到780℃～800℃，保溫2h～3h隨爐緩冷至690℃～710℃，等溫3h～4h出爐空冷。（2）淬火

CrWMn鋼正常淬火加熱溫度為830℃～840℃，油中淬透直徑為70㎜～80㎜。而芯軸外圓直徑φ99mm，為保證淬火硬度，采用高于正常淬火溫度的870℃～880℃加熱保溫淬火，為減少芯軸由于熱應力帶來的加熱畸變，在淬火加熱過程中采用了600℃～650℃預熱。淬火后采用180℃×（5～6）h回火。達到芯軸硬度要求。（3）去應力回火工藝，零件淬火后精磨單邊去除1mm余量，進行一次160℃×（5～6）h低溫去應力回火，以消除磨削應力并精磨至最終尺寸。

二、畸變原因分板及改進措施

（1）退火軟態料一般是經電爐冶煉，澆錠成形，開坯軋制成材的。一方面，鋼中氣孔、疏松、縮孔難以消除，鑄態共晶碳化物組織偏析嚴重，而且CrWMn鋼中鎢和鉻都是碳化物形成元素，鋼中有較多的碳化物，更加劇了碳化物組織偏析，嚴重時鋼中形成偏析碳化物帶，造成材料內部組織不均。另一方面，芯軸用這種大直徑鋼材鍛后或軋制冷時心部冷卻緩慢，很難避免二次碳化物網。因此，一般要求在鍛后的球化退火前必須先在960℃～980℃進行高溫正火，隨后650℃高溫回火，以消除鍛造應力，消除碳化物網，細化晶粒，均勻組織，改善被切削加工性。芯軸屬細軸類零件，細長比達18，淬火畸變大。而淬火用870℃～880℃加熱保溫，油中冷卻至150℃～200℃，出油空冷，以防止冷速太快造成芯軸開裂。之后采用180℃×（5～6）h回火。采用3次回火代替一次回火，即180℃×（3～4）h空冷進行兩次回火后，再進行一次低溫160℃×（3～4）h回火，這樣不僅可促使淬火后殘留奧氏體向馬氏體轉變，提高淬火硬度，而且降低了淬火應力和回火應力，穩定了芯軸尺寸。工藝路線中，為防止零件由于熱處理畸變報廢，淬火后單邊仍留有1.2mm～1.4mm機加磨削余量，為了減少機加工應力，減少和由此引發的芯軸畸變，將隨后的磨削加工中的1次去應力回火調整增加為3次，即單邊每磨削0.2mm～0.5mm就進行1次160℃×（8～10）h的低溫去應力回火，以進一步降低淬火和回火殘余應力，消除磨削應力，防止應力累積，保持芯軸尺寸穩定。（2）對球化退火后原材料組織的進一步改善。為進一步改善淬火前芯軸內部組織，減少淬火畸變，在等溫球化退火后增加了一次調質處理作為預備熱處理進一步細化晶粒，細化碳化物，改善組織均勻性，減少最終淬火畸變。球化退火后的調質處理之所以使最終淬火畸變量減少，是因為鋼調質后的體積小于退火態的體積，起到了預壓縮體積的作用，顯著減少最終熱處理后體積膨脹量和線膨脹量約30%～50%；降低最終熱處理后的各向異性程度，將縱向或橫向畸變量的差異降低至50%左右；減少最終熱處理后的零件翹曲。采用調質熱處理工藝參數為：870℃～880℃加熱保溫，油中冷卻至150℃～200℃，出油空冷；630℃高溫回火，以便于最終淬火前的機加工。為消除機加工應力，減少最終淬火畸變，在機加工后最終淬火前進行一次穩定化處理，即（630～650）℃×（2～3）h空冷。（3）改進后的工藝路線及效果。毛坯鍛造—高溫正火+高溫回火—粗加工—等溫球化退火—調質處理—半精加工—（穩定化處理）—淬火+3次回火—精磨—去應力回火—精磨—去應力回火—精磨—去應力回火—精磨。在隨后的磨削加工過程中檢測3根旋壓芯軸，均未發現有新的加工畸變發生，并且旋壓芯軸使用壽命也有明顯提高。

三、結論

（1）CrWMn鋼施壓芯軸毛坯經鍛造處理，提高了鋼中碳化物分布的均勻性，細化了碳化物粒度，優化了原材料內在質量。（2）鍛后應進行高溫正火及高溫回火以消除鍛后緩冷和大件鍛后帶來的碳化物網，消除鍛造應力，細化晶粒，均勻組織，改善被切削加工性能。（3）等溫球化退火后的調質處理可進一步細化晶粒，起到預壓縮鋼體積的作用，減少最終淬火畸變量。（4）淬火后采用3次回火（180℃×2次+160℃×1次）可進一步減少鋼中殘留奧氏體量，提高硬度穩定尺寸，降低淬火應力和回火應力，減少畸變。（5）清磨工序加工中采用3次去應力回火，進一步減少精磨畸變量。

參 考 文 獻

[1]蔡美良等．工模具鋼金相熱處理[M]．機械工業出版社，2000（6）