不同熱處理參數(shù)對某一軸類零件沖擊性能的影響

■ 姬慧慧

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某一軸類零件在滲碳淬火處理后出現(xiàn)縱向開裂，從開裂情況來看屬于典型的由于淬火組織應(yīng)力過大造成的縱裂。為了減少淬火時組織應(yīng)力對軸開裂的影響，對軸滲碳淬火的冷卻時間進(jìn)行了調(diào)整，通過控制軸冷卻后返熱溫度來達(dá)到降低淬火應(yīng)力的目的。本次試驗(yàn)主要對軸改變冷卻參數(shù)前后的試樣進(jìn)行沖擊性能試驗(yàn)，通過對比沖擊試驗(yàn)結(jié)果，分析影響軸類零件沖擊性能的因素。

1. 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)對為18CrNiMo7-6，共2件，規(guī)格為：φ90mm×500mm，分別標(biāo)識為1、2。對試驗(yàn)對象進(jìn)行化學(xué)成分檢驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

對1、2號試樣分別采用不同的熱處理方法進(jìn)行滲碳淬火、回火處理，試樣滲碳前對軸φ90mm外圓部位刷防滲涂料，兩端面不刷涂料，滲碳淬火、回火處理后檢測軸兩端面硬度。

各試樣取樣方法如下：

表1 試樣化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

圖1 各試樣取樣位置

圖2 沖擊試樣取樣截面

（1）所有試樣均采用線切割方法進(jìn)行取樣，后在平面磨床上把切片兩端面磨光，采用HRS-150洛氏硬度計檢測硬度。

（2）硬度切片試樣、沖擊試樣取樣部位如圖1所示；沖擊試樣各取8個，1號試樣標(biāo)識為1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8，2號試樣標(biāo)識為2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7、2-8。為了確保同各試樣均勻性，取樣截面圖如圖2所示。

（3）沖擊試樣試驗(yàn)方法：

第一組：將1-1、1-2、1-3試樣直接加工成沖擊試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。

第二組：將2-1、2-2、2-3試樣直接加工成沖擊試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。

第三組：對1-4、1-5和2-4、2-5試樣進(jìn)行回火處理，回火溫度為400℃、470℃、540℃，保溫時間均為2h，回火處理后加工成沖擊試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。

第四組：摸索出回火工藝參數(shù)后對2-6、2-7、2-8試樣進(jìn)行回火處理，達(dá)到試驗(yàn)所需硬度后加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣，進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。

2. 軸切片硬度結(jié)果與分析

（1）滲碳處理后軸端面硬度 對試驗(yàn)軸左右端面采用手持里氏硬度計檢測硬度為58～62HRC，硬度符合滲碳處理技術(shù)要求，說明滲碳工藝參數(shù)合適。

（2）軸切片硬度結(jié)果與分析 對1、2號試樣軸進(jìn)行切片硬度檢測，檢測結(jié)果如表2所示，從檢測結(jié)果得出1號軸整個截面硬度在27.5～33.6HRC，2號軸整個截面硬度在39.4～41.5HRC。

表2 軸切片硬度檢測結(jié)果

表3 試樣回火處理后硬度 （HRC）

表4 不同工藝狀態(tài)下各試塊沖擊性能

3. 沖擊試驗(yàn)結(jié)果與分析

對試樣進(jìn)行回火處理，回火后硬度檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。從檢測結(jié)果來看，對于1號軸采用以下回火溫度進(jìn)行回火處理，硬度基本沒有變化，2號軸采用400℃回火，硬度與采用220℃回火基本無變化，采用540℃回火后硬度達(dá)到1號軸硬度。對4組試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，沖擊試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

對沖擊試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析：

（1）對第一組和第二組沖擊試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，采用220℃進(jìn)行回火處理后1號軸沖擊結(jié)果高于2號軸，主要原因是1號軸硬度較低，為30～33HRC；2號軸硬度較高，為40～42HRC，說明當(dāng)兩種軸硬度相差較大時，硬度越低，沖擊值越高。相反，硬度越高，沖擊值越低。

（2）對第三組、第四組沖擊試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，采用同樣的回火溫度進(jìn)行回火處理后，兩種軸硬度基本相同，在30～33HRC之間，沖擊結(jié)果2號試樣沖擊值略高，可能與2號試樣含Cr元素高有關(guān)，由于Cr能固溶于鐵素體和奧氏體中，與鋼中的C形成多種碳化物，當(dāng)Cr與C形成復(fù)雜碳化物并在鋼中彌散析出時，可起到彌散強(qiáng)化作用，所以沖擊性能更好。

（3）對第一組和第三組中同樣1號軸試樣沖擊結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過多次回火處理后，雖然1號軸硬度基本沒有變化，但沖擊性能卻有很大的提高，說明通過多次回火處理，試樣的淬火應(yīng)力得到很大的降低，從而使沖擊性能得到很大的提高。原錐齒輪軸滲碳淬火處理后對軸部都需要進(jìn)行硝鹽回火處理，以為是為了降低淬火處理后軸部硬度，從現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果來看，硝鹽回火處理真正的目的不是降低硬度而是消除軸部淬火應(yīng)力。

（4）對第三組和第四組中軸試樣沖擊結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過多次回火處理和經(jīng)過一次回火處理得到相同的硬度，沖擊值相差不大，說明對于消除軸部應(yīng)力回火溫度是關(guān)鍵，對多次回火的影響并不是很大。

4. 結(jié)語

（1）軸部硬度越低，沖擊性能越高，反之，硬度越高，沖擊性能越低。

（2）采用同樣的回火溫度進(jìn)行回火處理后，同樣的硬度，1號試驗(yàn)軸沖擊性能低于2號試驗(yàn)軸，原因可能是1號試驗(yàn)軸含Cr元素低于2號試驗(yàn)軸。

（3）采用不同的回火溫度進(jìn)行回火處理后，得到相同的硬度，回火溫度越高，應(yīng)力消除越好，沖擊結(jié)果也越高，所以對軸部增加硝鹽回火工藝，能夠有效地降低軸部淬火應(yīng)力。但硝鹽回火對環(huán)境污染嚴(yán)重，是否應(yīng)用還需要慎重考慮。