彈性夾箍熱處理工藝研究

彭展里，賀國益

（1.貴陽銳鑫機械加工有限責任公司，貴州 貴陽 550000；2.中國航空工業標準件制造有限責任公司，貴州 貴陽 550000）

一汽大眾、上海大眾轎車上四個圖號的夾箍熱處理后安裝斷裂一直是一個技術問題。自從80 年代后我國轎車開發采用夾箍以來，斷裂問題一直沒有得到解決，若采取最原始的方法在裝配之前100%進行夾斷試驗，但這給產品最終交付狀態直接帶來很大的影響，即直徑變大，不符合要求。而且100%夾斷試驗過的零件也難保證在使用裝配中不再斷裂，斷裂的比例很大約8%以上，且斷裂釋放的能量形成沖擊力易傷害裝配者，影響我廠信譽。雖然有時采用補充回火，或提高回火溫度（如390℃）讓硬度處在最下限HV480。斷裂現象并沒有得到改善，仍有8%左右。甚至最大的夾箍，夾緊時變形最小，也有斷裂。我們查找德國圖紙發現熱處理要求貝氏體連續淬火，這種工藝方法我廠沒有設備條件。若要購買需300 萬元以上，且國內沒有成熟的設備，為了解決此問題，我們做了如下工作，找出了最佳熱處理工藝。在不購買設備的情況最終解決了產品斷裂問題。

1 實驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗所采用的50CrVA 鋼[1]（GB/T1222-1984）其化學成分見表1 所示。

表1 50CrVA 鋼的化學成分

表2 50CrVA 鋼物理性能

表3 50CrVA 鋼力學性能

1.2 實驗方法

我們用原斷裂為10%的同一批夾箍材料來進行試驗。該批樣品的斷裂最為嚴重，使用的材料50CrVA 鋼厚度為δ1.6。試驗1 ～7 使用的熱處理條件和硬度測試結果如表4 所示。

對序號6、7 不同淬火溫度同爐回火的拉力試片進行了機械性能試驗，結果如下，見表5。

表5 樣品6 和7 不同熱處理下的機械性能

2 試驗結果及分析

50CrVA[2]鋼經過適當熱處理后（淬火及回火）具有高比例極限和強度極限，高的疲勞強度以及較低的彈性模數，δs/δb的比值也高，并有高的淬透性與較低過熱敏感性。鋼的切削加工性尚好，當HB=183 ～241 時，相對加工性為45%。但冷變形時塑性低，焊接性也低，焊接前應預熱到100℃～430℃。

50CrVA 鋼在加熱到300℃時，其彈性仍可保持。所以適用于制造特別重要的承受大應力的各種尺寸的螺旋彈簧、片彈簧，也可用作大載面的及在400℃以下工作的主要零件，在發動機制造中用作汽門彈簧。

用這種鋼制作的彈簧，經淬火后，需在370℃～420℃回火處理，以消除應力與提高屈服強度[1]。本文的彈性夾箍在汽車發動中用于夾緊水管，避免漏水。其裝配時，用專用工具使夾箍直徑增大，套入膠管中，最后松開專用工具使其夾緊水管。原熱處理工藝的彈性夾箍在用專用工具使夾箍直徑增大，即發生變形時，夾箍發生脆性斷裂，其斷口未有明顯塑性變形。

試驗序號1 方案由于淬火加熱溫度750 ℃沒有達到Ac1752℃，所以淬火沒有硬度。

試驗序號2 方案由于淬火加熱溫度755℃，溫度偏低，鐵素體較多，馬氏體較少，所以淬火硬度HRC ～35 不合格。

表4 試驗夾箍熱處理條件和硬度測試結果

試驗序號3 方案雖然淬火加熱溫度770℃，但淬火后鐵素體較多，馬氏體含量盡管比755℃淬火方案多，但硬度仍然達不到圖紙要求。

試驗序號4 方案雖然淬火加熱溫度780℃，鋼處在兩相區，有未溶鐵素體、有奧氏體。淬火后奧氏體轉變成馬氏體、鐵素體保留下來，雖然經回火硬度合格，但夾緊試驗仍有很大比例的斷裂。淬火組織見圖1（a）。

試驗序號5 方案先高溫900℃正火+780℃亞溫淬火，雖然硬度合格，但仍有很大比例斷裂。淬火組織見圖1（b）。

試驗序號6 方案860℃淬火，370℃～385℃回火為熱處理手冊推薦的標準淬火回火工藝，是我廠采用的常規工藝，但斷裂仍很大。原因淬火組織以片狀馬氏體為主。淬火組織見圖1（c）。

試驗序號7 方案采用比常規淬火溫度高60℃～70℃，淬火組織以板條馬氏體為主，同時未發現脫碳。淬火組織見圖1（d）。經370 ～385℃回火，硬度合格，夾緊試驗未發現斷裂。序號7 變形檢查：淬火前、后取200 件進行檢查未發現變形。

圖1 試樣4 ～7 顯微組織圖

標準淬火工藝860℃，得到的組織以片狀孿晶馬氏體為主，這種組織的塑性、韌性較差，在外力作用下片狀馬氏體的主要變形方式是機械孿生，且孿生變形受到馬氏體中已有相變孿晶的制約，可供動作的晶體學系統較少。片狀馬氏體中的孿晶界易于造成位錯塞積，使孿晶界產生應力集中而出現微裂紋。此外，體心立方金屬中的孿生變形也容易在孿晶與晶界的交界處產生微裂紋。在外力的作用下，這些微裂紋就可能擴展成宏觀裂紋。而且，片狀馬氏體中各片馬氏體互成一定角度，馬氏體高速長大時可能互相沖撞。馬氏體片的尖端也可能沖擊原奧氏體晶界，這都可能導致微裂紋的產生。片狀馬氏體中碳原子偏聚于孿晶界，碳化物沉淀也多集中于孿晶界，在外力的作用下，微裂紋易于沿攣晶界擴展[3],特別硬度要求高HV480 ～520，回火溫度偏低（370℃～390℃）脆性就更大。提高淬火溫度將抑制片狀孿晶馬氏體的形成，能獲得更多的具有較高韌性的板條馬氏體[4]。因為板條馬氏體的主要形成方式是滑移，在外力的作用下，馬氏體中的大量位錯易于沿滑移面運動。板條馬氏體中的晶界和領域有阻止裂紋擴展的作用。板條馬氏體束內的板條大致平行，它們長大時不會互相沖擊，板條馬氏體中有高密度位錯，在位錯外的碳原子偏聚區或有優先析出的碳化物相對的比較細小均勻[3]。

由于采用鹽爐高溫加熱，加熱速度較快且保溫時間短，奧氏體形核較多，奧氏體晶粒較細[5]，因而馬氏體領域和馬氏體束較小，即塑性、韌性有所提高[3]。從表二數據可知920℃淬火比860℃淬火延伸率高一倍。

采用920℃加熱，保溫3min 油淬，380±10℃30min 回火新工藝，10 月～12 月共生產產品145 萬件。任取20%左右數量進行夾緊試驗未發現一件斷裂。

3 結論

（1）熱處理工藝對彈性夾箍的組織和性能有較大的影響。通過大量的實驗。發現采用920℃～930℃油淬3min，然后再在370℃～390℃回火30min 能有效解決夾箍使用過程中斷裂的現象。

（2）提高淬火溫度可以抑制片狀孿晶馬氏體的形成，能獲得更多具有較高韌性的板條狀馬氏體。同時，板條狀馬氏體位錯外的碳原子偏聚區優先析出的碳化物相對的比較細小均勻。