補償法淬火在軸螺紋上的軟化處理

西安法士特汽車傳動公司 （陜西 710077） 孫銀軍 李 鵬

軟螺紋產品設計人員通常要求對螺紋進行防滲碳處理，據相關試驗資料顯示：當某型防滲碳涂層厚度＞1.0mm時，滲碳淬火硬度降至最低，即接近基體材料無滲碳層時淬火的硬度。按防滲碳涂料性能的不同，其防滲碳涂層在達到0.1～2mm時才能有效杜絕漏滲問題。在實際生產中，由于防滲碳涂料性能和人工操作的差異，很難保證螺紋區域涂料覆蓋致密均勻，當涂層在螺紋牙根和牙尖達不到一定的厚度，漏滲碳情況就會發生，隨之出現螺紋局部硬度過高的情況。螺紋局部硬度過高和螺母預緊應力集中將導致部分產品螺紋斷裂失效。

實際生產中有多種工藝可以降低螺紋硬度，如鍍銅防滲碳、涂層防滲碳、加工余量保護等，以上方法均無法降低螺紋區域的心部硬度。依據產品特點與技術要求，考慮到質量穩定性與批量生產的實際情況，我公司決定采用補償淬火法達到產品局部軟化的目的。經新工藝試驗，滲碳淬火后螺紋區域硬度降低至26～30HRC，滿足設計要求。

1.試驗材料與方法

產品為某變速器副箱主軸，軸螺紋尺寸為：M36×2－6g，材料8627RH，化學成分如表1所示。采用防滲碳涂料與補償帽兩種工藝對螺紋進行防護，以作比較，如附圖所示。

表1 8627RH鋼化學成分（質量分數） （%）

防滲碳涂料為KT-930D無機陶瓷水基涂料，由專人均勻刷涂，螺紋牙根和牙尖致密覆蓋，在保證涂層致密干燥、粘結牢固的情況下入爐滲碳淬火。

補償帽材料為耐熱鋼材質，按產品螺紋區域尺寸仿形制作。補償帽與螺紋緊密配合成一體，螺紋區域由產品表面變為心部，淬火時可有效減少螺紋區域馬氏體轉變量，降低螺紋區域硬度，理論上螺紋區域硬度與產品心部硬度接近。

2.試驗結果

試驗設備為AICHELIN 5/2型箱式多用爐，基礎氣氛為氮、甲醇，富化氣為丙酮， 910℃，Cp=1.05%滲碳，好富頓G油淬火，滿爐備料，不同批次隨機抽樣，采用TH600布氏硬度計按GB/T231－2002方法檢測螺紋硬度，用ICP HCS－878A型紅外碳硫儀按ISO9556－1989檢測產品材質，采用直讀光譜儀按GB/T4336檢測螺紋表面含碳量，結果如表2所示。

表2 檢測結果

從理論上來講，某種防滲碳涂層達到一定厚度，即可完全阻滲，實際使用過程中允許有少量的漏滲碳，使得表面含碳量有所增加，但又遠低于滲碳擴散過程中氣氛碳勢。可見，防滲碳涂層能有效減少碳原子擴散進入基體表面，但又不能完全杜絕。由于涂層厚度在螺紋上的差異和螺紋特殊的尖角外形，在滲碳過程中會引起螺紋表面含碳量的差異，導致淬火過程螺紋區域硬度增加且波動較大。防滲碳涂層處理的產品經滲碳淬火+低溫回火處理，螺紋區域表面含碳量（質量分數）為0.46%～0.50%，基體材質含碳量為0.25%～0.30%。螺紋牙尖與牙根實測的硬度為35～50HRC（理論上延遲斷裂敏感的硬度是30～43HRC），裝配過程中在螺母預緊力作用下，存在斷裂失效的傾向，不利于批量生產。

補償帽與螺紋配合，表面含碳量與滲碳擴散期工藝碳勢（0.85%）接近，補償帽能有效降低螺紋淬火冷卻速度，螺紋區域得到均勻的平衡組織，硬度均勻性好，螺紋牙尖與牙根硬度為26～30HRC。

通過對比表2數據可以發現，補償淬火能有效控制螺紋區域硬度，其硬度分布均勻，波動較小，接近于產品淬火時的基體硬度，滿足了圖樣要求。

3.軟化工藝問題分析

生產中常用的防滲碳涂層螺紋軟化工藝存在以下問題。

（1）涂層防滲碳工藝在產品清洗、涂層刷涂等環節存在很多人為因素，產品質量穩定性差。

（2）淬火過程中存在涂層脫落，降低淬火油性能，損壞淬火油循環冷卻系統等不利因素，不利于設備長期穩定運行。

（3）熱處理后產品螺紋區域涂層清理存在困難，拋丸清理過程中螺紋外形和尺寸很難保證。

4.應對措施

補償淬火在保證質量穩定的情況下可批量生產，具有質量穩定，操作方便，效率高，成本低，以及壽命長等特點，適合在企業批量化生產，可有效解決防滲碳涂層引起的系統問題。需注意的是：

（1）補償帽應一次加工成形，不可焊接（滲碳淬火時焊縫易開裂，造成補償淬火失效）；補償帽需對稱設計、圓角過渡，避免應力集中產生變形，影響補償使用。

（2）補償淬火并不能防止碳原子滲入，只能通過補償帽降低螺紋區域冷卻速度。當需批量生產，涂層防滲不能完全達到設計要求時，可使用補償淬火，如有防滲要求，可先防滲碳再補償淬火。

（3）采用補償淬火生產的產品，螺紋區域硬度均勻性好，接近產品心部硬度，有良好的塑韌性，可有效避免應力集中引起的螺紋失效斷裂。

（4）淬火時，相對密閉的空間可能會夾帶大量的淬火冷卻介質，不便于后續的清洗和回火處理，可按產品外形情況設計漏油孔等，便于節約成本和批量化生產。

（20121103）