CVT帶輪軸淬火變形的控制

南京科潤工業介質有限公司 （江蘇 211100） 趙曉博 林天泉 聶曉霖

隨著汽車行業的快速發展，CVT無級變速器技術逐漸成為行業關注的焦點。CVT的變速系統主要由主、從動帶輪，帶輪軸及金屬帶構成。帶輪軸形狀復雜，變形和工藝控制較帶輪更有難度。

1.CVT工件變形影響因素分析

CVT帶輪軸的加工工藝為：鍛造→正火→機加工→滲碳淬火→回火。其中，熱處理工藝是影響工件變形的主要因素之一。熱處理工藝對變形量的影響主要為滲碳溫度、淬火溫度的影響。在滲碳層深、性能要求可滿足的條件下，建議采用較低的滲碳加熱溫度和淬火溫度，非常有利于減小工件變形量。另外，滲碳時工件的裝爐方式也應予以重視。以帶輪軸為例，熱處理工藝相同時，采用圖1a裝爐方式工件變形量比圖1b裝爐方式大大減小。

盡管圖1b采用密集的擺放方式，圖1a裝爐方式的裝爐量要比圖1b裝爐方式降低很多，但圖1a裝爐方式更利于工件均勻受熱，淬火時淬火冷卻介質流動更順暢、散熱更均勻。

淬火冷卻介質對工件淬火的影響是多方面的，主要影響因素有冷卻速度、黏度、攪拌速率、使用溫度及介質內的雜質成分。

（1）冷卻速度 對于淬火冷卻介質，冷卻能力是影響工件變形量的重要因素。為了能保證工件的工藝性能，要綜合參考工件的材料、有效尺寸、形狀來選擇合適的冷卻速度。對于CVT帶輪軸，控制變形的難點在于其形狀復雜，熱應力、組織應力的控制難度較大。所以，應選擇高溫冷速適中、低溫冷速緩慢的淬火冷卻介質，將變形控制到最低。

（2）黏度 通過調整淬火冷卻介質的黏度可以達到改變冷卻速度的目的。淬火油黏度的提高，會在一定程度上提高淬火油的使用溫度，以保證淬火冷卻介質的流動性，使工件各部位盡量同步冷卻。

（3）攪拌頻率 攪拌可以促進淬火油蒸汽膜的破裂，加快對流階段的到來，使工件均勻地冷卻，減小熱應力帶來的變形。但攪拌頻率太高也有負面影響：攪拌太劇烈，會帶入大量空氣，可能造成工件表面淬火軟點；隨著攪拌的加劇，淬火冷卻介質的冷卻能力過高，易造成工件變形量大。因此，淬火冷卻介質的攪拌速率需根據現場工況進行調整。

（4）使用溫度 通常，淬火油的使用溫度對黏度影響最大。使用溫度越高，淬火油流動性越好，利于提高工件表面淬火的均勻性；同時，使用溫度的改變也會改變工件淬火的溫度梯度，影響淬火后組織。因此，也可以通過調整淬火冷卻介質的使用溫度來調整工件的淬火效果。

（5）淬火冷卻介質內的雜質 淬火冷卻介質使用過程中，難免進入水分、氣體、粉塵、炭黑等雜質，這些雜質含量達到一定程度會對淬火冷卻介質的冷卻性能產生不同程度的影響，尤其是水分。如果淬火油中的水太多，不僅會大大增加油的低溫冷速，造成工件變形量大、開裂，而且會給現場生產帶來安全隱患，油中的水分在高溫下會產生大量的水蒸氣泡，使油的體積急劇增大，誘發火災危險。因此，一定要嚴格控制淬火油中的水分。

2.試驗分析

選擇主動輪軸20件，來研究淬火冷卻介質對工件變形量的影響。試驗工件結構如圖2所示。

圖2 CVT主動帶輪軸

工件材料為20CrMnTiH，參照國內CVT常規工藝要求：該工件滲碳淬火有效硬化層深度為1.0～1.3mm，表面硬度要求58～62HRC，心部硬度30～42HRC；殘留奧氏體、馬氏體組織1～3級（≤15%）、鐵素體組織1～2級、碳化物1～3級，滲層過渡區不允許有貝氏體；徑向圓跳動控制在0.1mm以內。為了保證工件組織的均勻性，熱處理前進行了正火，并采用科潤正火液進行冷卻，組織良好。

該工件有多個臺階、深孔、花鍵，部分小孔不對稱分布，以上因素大幅增加了淬火變形的趨勢，若控制不當，在尖角、臺階處還有可能發生開裂。針對該情況，本文選擇了某國外品牌的分級淬火油（簡稱H油，適合CVT帶輪軸淬火）和科潤等溫分級淬火油KR4288進行對比試驗。

兩種油品的技術參數、冷卻性能曲線分別如附表、圖3所示。

KR4288及H油技術參數表

淬火后，在工件表面皮下5mm取樣檢測，發現H油所處理工件硬度、組織均合格，心部硬度平均值為31.6HRC；變形量合格率為60%，變形量散差較大，最低0.08mm，最高接近0.50mm。由于該帶輪軸無法矯正，變形量超過0.1mm的直接報廢。KR4288所處理的工件硬度、組織均合格，心部硬度平均值為34.8HRC，變形量均控制在0.1mm以內。圖4為兩種淬火油淬后工件變形量分布情況。

圖3 KR4288和H油冷卻性能曲線

圖4 經KR4288和H油淬火工件變形量分布情況

經試驗驗證，在相同的試驗工藝下，KR4288的淬火效果要比H油好。既能充分保證工藝性能的要求，也能有效控制變形量，避免了由變形導致的報廢現象。這是由于KR4288較H油黏度、冷速、特性溫度提高，蒸汽膜階段縮短。淬火時，KR4288可以迅速進入對流階段，避免了蒸汽膜階段所導致的冷卻不均的問題。同時，慢的低溫冷速保證了馬氏體組織的緩慢轉變，降低了組織應力導致的變形。

3.結語

CVT帶輪軸熱處理淬火時，應選擇高溫冷卻速度適中、低溫冷卻速度緩慢的介質，并綜合黏度、攪拌等參數，在滿足硬度、金相組織的前提下，控制變形，如科潤等溫分級淬火油KR4288，可以很好地滿足CVT帶輪軸熱處理淬火的需要。

（20121128）