金屬材料熱處理變形的影響因素和控制策略

趙 行，肖 捷

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 西安 710077）

熱處理技術主要是通過對金屬材料進行熱加工而改變金屬材料的外在物理屬性或者是其內在的化學性質。熱處理過程，因為零件熱處理過程內部存在熱應力和組織應力，所以不可避免的存在零件變形問題。如何減少變形，保證零件熱后尺寸就是我們迫切需要解決的問題。針對我公司產品變速箱齒輪而言，熱處理變形主要影響齒輪裝配精度，輕則行駛中異響，嚴重的會導致掛擋失敗甚至變速箱打齒。下面筆者就我公司某代表性零件舉例說明我們在減少零件熱后尺寸變形的一些探索[1]。

1 存在的問題

從2017年開始，公司某款同步器齒轂（材料20CrMnTi）經常出現由于周節累積誤差過大而無法裝配的現象，二月初出現批量無法裝配的現象[2]。設計要求周節累積誤差小于0.13mm。通過數據測量發現，當周節累積誤差大于0.20mm以上會造成無法裝配；當處于0.15mm～0.20mm之間時裝配時有卡滯；當小于0.15mm時，裝配較順利。

圖1 同步器齒轂簡圖

2 采取的措施

（1）通過調整淬火介質、攪拌強度、滲碳淬火溫度、裝卡方式等多種途徑，對該批次零件進行多輪工藝試驗，該批次零件的材料淬透性信息及實驗結果如下表。

表1 出現批量無法裝配批次D17A25400、D17A25409零件的淬透性信息

表2 D17A25400、D17A25409兩個批次零件的試驗結果

（2）對從庫里挑出的淬透性偏低的D17B21509批次的零件進行類似的工藝驗證，結果如下。

表3 淬透性偏低的D17B21509批次的零件淬透性信息

表4 淬透性偏低的D17B21509批次的零件的工藝驗證結果

3 實驗結論

（1）該類零件在熱油熱處理后的變形小于在G油熱處理的。同設備同工藝情況下，攪拌速度降低有助于減小變形。

（2）20CrMnTiH材料端淬值偏下限的變形小于材料端淬值偏上限的。

（3）該類零件平裝熱處理變形明顯小于串裝熱處理，到目前為止，平裝熱處理的零件可基本滿足設計與生產的要求，但平裝生產產能會有一些損失。

4 原因分析及后續改進

4.1 原因分析

（1）零件在試制開發進行冷熱配合變形實驗時不充分，對于零件合格與否的判定缺乏數據支撐，且未充分考慮20CrMnTiH材料淬透性處于極端狀況下的零件變形情況。

（2）零件設計結構調整變化后，未重新進行充分的冷熱變形實驗驗證便批量生產。

（3）齒轂類零件大多屬于薄壁易變形零件，但該類零件未列入原材料信息重點跟蹤的四大類零件，存在出現問題無法追溯的現象。

4.2 后續改進

（1）已簽訂低淬透性20CrMnTiH1的鋼材技術協議，待該材料的零件毛坯到位后，重新進行冷熱配合試驗，進行工藝驗證，根據驗證結果考慮切換20CrMnTiH1的鋼材。

（2）對齒轂類零件的平裝工裝重新進行優化設計，力爭平裝比串裝的產能損失控制在15%以內[3]。

（3）將產量較大常見同步器零件納入了重點跟蹤的四大類零件目錄，便于產品質量問題分析及產品追溯[4]。

5 結語

綜上所述，金屬材料熱處理變形是我國當前一個主要的問題。因此，為了更好的解決金屬材料在熱處理過程中所引發的變形問題，需要不斷地對引發金屬材料變形的因素進行分析；根據其因素制定出有針對性的措施，以更好地減少在對金屬材料熱處理過程中所引發的變形現象，更好地讓我國的金屬材料以更佳的狀態被應用在各行各業中。