汽車差速器殼類件形變熱處理工藝

包頭北奔重型汽車有限公司 （內蒙古 014032） 姜 楠

內蒙古一機集團富成鍛造有限公司 （包頭 014032） 韓海河 張小磊

將塑性變形和熱處理有機地結合，以提高材料力學性能的復合工藝稱為形變熱處理。其目的是獲得更高的強度和韌性，充分發揮金屬材料的潛力，并且縮短工序，節省能源及加熱設備和車間工作場地，同時還減少材料的氧化燒損、脫碳、變形等熱處理缺陷。形變熱處理工藝與傳統熱處理工藝相比，無論在強化產品性能方面還是在節省能源方面，都具有許多優異的特點。

1. 工件材料及技術要求

差速器殼體（見圖1）是汽車重要零件之一，其鍛件形狀復雜，材料為40Cr，化學成分執行GB/T3077－1999要求，調質后硬度為260～310HBW、ReL=740～880MPa。

圖1 差速器殼體

2. 工藝試驗方法

差速器殼類鍛件采用中頻感應加熱，通過螺旋壓力機使其產生塑性變形后，使用PAG淬火冷卻介質淬火，介質溫度控制在60℃以下，淬火冷卻時間大于5min。

形變淬火后進行高溫回火，回火取δ=20mm的中心截面（見圖2）進行硬度分布、性能、金相及晶粒度的檢測。

圖2 鍛件截面

3. 試驗結果與分析

（1）硬度檢測見表1。

表1 形變淬火+640℃回火切片硬度分布

（2）力學性能見表2。

表2 兩種工藝在相同硬度數值下力學性能對比

表1硬度檢測數值說明，通過形變熱處理工藝后，差速器殼類鍛件的硬度完全符合產品的技術要求。從表2可以看出，在相同的硬度數值下，AkV變化較大。而AkV參數正是表征鋼材韌性儲備的一個重要參數，表2數值說明形變熱處理工藝能使材料強韌化提高，其沖擊韌度遠高于傳統熱處理工藝試件的沖擊韌度值。

（3）金相組織及晶粒度 取形變熱處理和普通熱處理后的試樣，用4%的硝酸酒精浸蝕后得500倍的金相照片。形變熱處理后的金相試樣照片（見圖3），組織為回火索氏體+少量貝氏體回火組織+少量鐵素體，晶粒度為6.5～7.0級。傳統熱處理工藝的金相試樣照片（見圖4），組織為回火索氏體+少量貝氏體+少量鐵素體，晶粒度為7.0級。

圖3

圖4

（4）試驗結果分析 從性能、金相、晶粒度的檢測結果看，高溫回火對淬火后的組織無大的影響，只是形變熱處理和傳統熱處理淬火后，在相同硬度要求下的回火溫度不同，后者較前者高得多，原因是兩種工藝產生的大量位錯，在相同溫度回火時，后者較前者消失的量多、速度快。

4. 形變熱處理強化的本質

（1）位錯增殖 形變熱處理在穩定奧氏體區，高形變率的狀態下產生急劇的塑性變形，奧氏體晶粒被碎化并伴隨逐漸拉長，形變產生的大量位錯不斷增殖堆積完成多邊化形成亞晶。此時晶界扭曲形成了鋸齒狀，不但基體獲得精細的組織結構，而且鋸齒狀晶界能夠阻礙滑移向鄰近晶粒繼續進行，并使晶界所產生的顯微裂紋擴展為宏觀裂紋的進程減慢，于是奧氏體晶界強度就大為提高，使破斷不至沿晶界迅速產生，從而增加了鋼的沖擊韌度，減弱回火脆性。位錯密度增加，強度就提高。如果隨即進行淬火，由于塑性變形使鋼的位錯密度顯著提高，在一定的時間內（孕育期），形變件內存在大量的穩定的亞結構（亞晶），使鋼的高溫靜態回復剛完成且靜態再結晶剛開始發生，則形變后的奧氏體缺陷就為切變后α相（馬氏體）所繼承，大大提高沖擊韌度。

（2）組織形態結構的影響 形變結束后誘發析出的第二相ε合金碳化物、氮化物彌散析出在奧氏體晶界及亞晶界上，前期釘扎位錯的運動，導致后期位錯聚集，最后形成亞晶界或胞狀結構。而理想的組織結構是設法獲得多邊化所造成的穩定亞結構，來增強形變淬火的強韌化效果。在相同的回火溫度下，是工件的抗拉強度、伸長率、沖擊韌度及硬度等比普通淬火+回火后性能高的主要原因。

5. 結語

（1）差速器殼類鍛件形變熱處理工藝，通過調節鍛件的形變開始溫度和終鍛溫度，合理地控制滯空時間和淬火冷卻介質溫度，完全滿足差速器殼類產品的性能要求和自動化生產程度。

（2）差速器殼類鍛件形變熱處理復合工藝，能夠保證材料的力學性能或超出傳統熱處理工藝所達到的力學參數。低合金鋼鍛件的生產完全可以用形變熱處理來代替傳統熱處理，尤其是調質工序。

（3）差速器殼類鍛件形變熱處理工藝流程更為合理，產品在制時間短、生產率高、設備占用臺份少，可達到降本增效、節能減排的目的。