45鋼軸桿淬火變形控制

重慶市嘉和機械制造有限公司 （400033）吳 衛(wèi) 黎 強 張慶陽

45鋼軸桿零件直徑較大時，熱處理淬火采用油冷方式不能完全保證金相組織達到技術(shù)要求。若采用水冷方式容易出現(xiàn)裂紋或變形。現(xiàn)有45鋼軸桿（φ22mm×133mm）、熱處理調(diào)質(zhì)處理后要求變形量控制在0.40mm內(nèi)。采用網(wǎng)帶爐淬火（830℃×1.5h）、15%NaCl水溶液冷卻，出現(xiàn)約20%比例變形量超標(biāo)，導(dǎo)致零件機加工受阻。為了對該零件的變形實施控制，進行了一系列的工藝試驗，摸索出影響變形的主要因素。通過工藝改進，有效地控制了零件的變形。

1.技術(shù)要求及相關(guān)數(shù)據(jù)

技術(shù)要求：表面硬度為18～23HRC，心部硬度≥16HRC，金相組織為回火索氏體，表面≤4級，心部≤6級。材料化學(xué)成分見表1，臨界溫度見表2。

表1 45鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 45鋼臨界溫度 （℃）

2.工藝改進

（1）加熱溫度的改進 根據(jù)45鋼臨界溫度Ac3為780℃。為減少變形，將加熱溫度調(diào)整為815℃，改進前后工藝見圖1a、圖1b。

（2）裝料方式的改進 原工藝裝料方式是橫放和豎放兩層（見圖2a），從網(wǎng)帶爐加熱運行特性分析，該裝爐方式加熱時間長，且零件的加熱及冷卻狀態(tài)缺乏一致性。因此，將裝爐方式調(diào)整為橫放一層，縮短加熱時間（見圖2b）。

圖1

圖2

（3）加熱時間的改進 由于裝爐方式調(diào)整，加熱保溫時間大大縮短。經(jīng)計算及經(jīng)驗，升溫+保溫時間選取55～60min。

3.工藝驗證

（1）加熱溫度對變形量的影響 其他工藝條件相同（加熱時間55min，介質(zhì)溫度35℃）的情況下，加熱溫度分別取815℃和820℃進行工藝試驗。淬火后抽檢50件，變形量檢測結(jié)果見表3。

表3 不同加熱溫度下變形量檢測對比

（2）加熱時間對變形量的影響 其他工藝條件相同（加熱溫度815℃，介質(zhì)溫度35℃）的情況下，加熱保溫時間分別取55min和75min進行工藝試驗。淬火后抽檢50件，變形量檢測結(jié)果見表4。

表4 不同加熱時間下變形量檢測對比

（3）介質(zhì)溫度對變形量的影響 在相同的加熱溫度、保溫時間及裝料方式情況下（加熱溫度815℃，加熱時間55min），檢測不同介質(zhì)溫度對變形量的影響，6組試樣，每組50件變形量檢測結(jié)果見表5。

表5 不同介質(zhì)溫度下變形量檢測對比表

（4）工藝驗證結(jié)果 加熱溫度提高5℃達到820℃時，變形量大于0.3mm的占比2%；加熱時間延長20min達到75min時，變形量大于0.3mm的占比2%；介質(zhì)溫度在30～35℃時，變形量全部控制在0.3mm內(nèi)。

4.工藝改進后硬度、金相檢測結(jié)果

（1）硬度檢測結(jié)果見表6。

表6 硬度檢測結(jié)果 （HRC）

（2）金相組織檢測結(jié)果。

淬火表面組織：98%淬火馬氏體+2%未溶鐵素體（見圖3a）。淬火心部組織：50%淬火馬氏體+45%托氏體+5%未溶鐵素體（見圖3b）。

圖3

回火后表面組織為回火索氏體3級（見圖4a）。回火后心部組織為回火索氏體6級（見圖4b）。

圖4

（3）裂紋檢測：抽查100件進行無損檢測，均未發(fā)現(xiàn)裂紋。

5.結(jié)語

按改進后的工藝（815℃加熱55～60min、冷卻介質(zhì)15%NaCl水溶液溫度控制在30～35℃內(nèi)）批量生產(chǎn)，零件的金相組織、硬度均能達到客戶技術(shù)要求，變形量能穩(wěn)定地控制在0.3mm內(nèi)，完全滿足客戶小于0.4mm的要求。

工藝驗證結(jié)果證明，零件的裝爐方式、加熱溫度、加熱時間、淬火冷卻介質(zhì)溫度的合理選擇，對于45鋼軸桿零件熱處理的變形有至關(guān)重要的影響。