閥片熱處理工藝研究

劉景巖

（河北省電焊機股份有限公司，河北 衡水 053000）

閥片熱處理工藝研究

劉景巖

（河北省電焊機股份有限公司，河北 衡水 053000）

閥片是用于壓縮機上的一個重要零件，由于閥片的翹曲變形難于控制，廢品率很高，一次加工合格率僅為20%左右。通過改進熱處理工藝方法及工藝參數，使閥片一次加工合格率達到80%；在對不合格品進行回火及后續冷加工處理后，總合格率可達到96.7%。

壓縮機閥片；30CrMnSiA；熱處理工藝；等溫淬火

閥片在壓縮機上起到控制壓力及密封氣缸的作用，它是在交變載荷、沖擊和摩擦條件下工作的。必須具備高的疲勞強度和耐磨性、足夠的沖擊韌性、較高的幾何精度、較低的表面粗糙度和平面度。由于閥片尺寸一般是直徑大（D＞100mm）而厚度薄（1mm～2mm），在淬火過程中最易產生翹曲變形。若閥片的平面度超差，則會產生漏氣現象，使壓縮機的壓力降低，氣量減少，無用功增加，化肥產量降低。

1.閥片材料、工藝路線、原熱處理工藝及主要技術要求

1.1閥片材料30CrMnSiA

1.2閥片工藝路線

落料—粗磨兩平面—淬火及回火—半精磨兩平面—磨內外園—倒角—精磨兩平面—防腐包裝—成品入庫

1.3閥片原熱處理工藝

1.3.1裝夾。如圖1所示。

1.3.2淬火。在鹽浴爐中加熱到900℃～920℃，保溫8～10分鐘，油淬到80℃以下，清洗，開夾，再清洗。

1.3.3回火。在箱式爐中加熱到440℃～460℃，保溫2小時，出爐水冷。回火裝夾如圖1所示。

1.4閥片主要技術要求

1.4.1硬度：HRC40～50，同一片上的硬度偏差小于HRC3。

1.4.2平面度見表1。

1.5質量檢查

在實際生產中，每道工序后都測量平面度，對各個工序出現的不合格品，需再次進行去應力回火定型，返回到相應工序返修，這種情況往往需要反復3、4次。經返修仍不合格，將做報廢處理，造成材料、工時和能源的大量耗損。

圖1　淬火、回火夾具

2.試驗設備及方法

2.1試驗設備

75kW內熱式鹽浴爐、自制硝鹽爐、45kW箱式爐、洛氏硬度計（HRC）、鉗工平臺、塞尺等。

2.2試驗用閥片材料、數量及尺寸

閥片材料為30CrMnSiA，數量30片，外徑102mm，厚度2.0mm。

2.3熱處理工藝

經過大量試驗，采用正交試驗法確定了如下工藝參數：

2.3.1等溫淬火工藝

淬火加熱溫度870℃～890℃，加熱時間3.5分鐘，等溫淬火溫度330℃～350℃，等溫時間12～15分鐘。

等溫淬火加熱時，采用吊掛的方式，每片受熱更加均勻。

2.3.2回火工藝

將等溫淬火后的閥片，按圖1裝夾。回火加熱溫度為390℃～400℃，保溫1小時后，出爐空冷至室溫。

2.4質量檢測

2.4.1硬度

在等溫淬火與回火后的閥片中，隨機抽取10片測量硬度，列示于表2。

淬火后的閥片硬度在HRC42～46的范圍內；回火后在HRC40.5～44范圍內，且同一片上的硬度值之差小于HRC3，完全符合技術要求（HRC40～50）。

2.4.2平面度

閥片平面度匯總情況列于表3。

說明：本次試驗的閥片質量分級標準是：平面度≦0.04為一級品，＞0.04～0.06為合格品，＞0.06為不合格品。一次加工處理是指：以上列表中任一加工工序完成后，平面度指標無論是否合格，均不進行返工返修。

表3中，經一次加工處理后，還有6片平面度指標超差，見表4。

對表4中6片超差的閥片，再經過一次390℃～400℃裝夾回火1小時后，按閥片正常工藝路線，再進行一次加工處理后，只剩下一片超差，見表5。

這一片用反向校平法調整后，平面度為0.05mm，符合技術要求。

表1　閥片平面度允許偏差 單位（mm）

表2　閥片硬度檢測記錄表（HRC）

表3　不同平面度范圍的閥片數量（一次加工處理）

表4　一次加工處理后超差閥片的平面度數值

表5　再次一次性加工處理后的平面度數值

3.分析與討論

3.1原淬火回火工藝分析

閥片材料是30CrMnSiA，其Ac3，為830℃。原工藝采用多片裝卡后淬火，因此，淬火溫度確定為900℃～920℃，比正常的加熱溫度高40℃～60℃；另外，在油中淬火時，閥片的出油溫度在80℃以下，比正常的出油溫度低了近100℃，因而造成較大的熱應力。閥片淬火后獲得了混合馬氏體組織，因馬氏體組織的比容大，故產生了較大的組織應力。由于這兩種應力共同作用的結果，將導致閥片產生不均勻的塑性變形，即翹曲變形，這是淬火變形的根本原因。此后，雖然經過440℃～460℃的回火，其內應力得到了一定程度的釋放，但仍存在較大的殘余應力。故在經過每一道機加工工序后，因幾何尺寸的變化，破壞了原先內應力的平衡，結果又引起了新的變形。因此，在實際生產中經常發生這樣的情況：即上一道工序平面度合格的產品，經過下一道工序加工后，又出現不合格品。這就是原工藝產生大量廢品的真正原因。

由于淬火時會產生較大的內應力，故淬火變形是不可避免的。但是，通過改變淬火方式，盡量減少淬火應力，來減小變形則是可能的。等溫淬火就是減小淬火變形的重要方式之一。

3.2等溫淬火對金相組織和翹曲變形的影響

閥片在330℃～350℃等溫淬火，獲得下貝氏體及少量殘留奧氏體，在等溫淬火時，由于冷卻速度低，且下貝氏體的比容較小，熱應力和組織應力均很小，故翹曲變形也很小。30CrMnSiA鋼是回火脆性敏感的一種鋼，采用貝氏體等溫淬火來代替獲得回火馬氏體的淬火和回火處理，將會獲得比回火馬氏體更高的綜合機械性能，顯示出下貝氏體組織的明顯的優越性，由于等溫淬火和隨后的回火，使閥片中的內應力更低，因此，在很大程度上消除了變形的根源。這就是為什么本次試驗中的閥片，隨著機加工工序的進行，不像原工藝一樣產生新的翹曲變形，而是像表3所示平面度合格數量逐漸增加，一次加工合格率明顯提高的根本原因。

由表4可見，經過一次性機加工工序處理不合格的6片閥片，實際上平面度超差不大，主要是因為下貝氏體的組織穩定，內應力很小。所以，再經一次裝夾回火，只剩下一片不合格。這樣只需經一次回火返修，合格率就達到96.7%。

4.結論

4.1原工藝的淬火加熱溫度偏高，淬火出油溫度偏低，熱應力和組織應力均很大，翹曲變形難以控制，故一次加工處理合格率非常低，且隨著機加工各工序的進行，產品內應力平衡不斷遭到破壞，進而不斷出現新的不合格品。

4.2采用等溫淬火工藝后，由于閥片內部組織內應力較小，機加工工序已不能破壞內應力的平衡，且能通過磨削加工，降低平面度誤差，故一次加工處理合格率為原工藝的4倍，平面度合格率大幅度提高，達到80%。

4.3一次加工處理后的不合格品，再經過一次裝夾回火返修后，總合格率達到96.7%。剩余不合格品，也因平面度超差較小，采用反向校平法也很容易達到合格標準。

［1］賀運初.氣閥對往復壓縮機主要性能的影響分析［J］.中氮肥，2010（6）：5-7+19.

［2］林祥華.利用正交試驗優選熱處理工藝［J］.內燃機與配件，2014（2）：21-25.

TG113

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