變形量對余熱淬火鏈軌節鍛件晶粒度的影響

文/英成業，周琦，吳岳嶺·山推工程機械股份有限公司

鍛造余熱淬火是在鍛造后利用鍛件自有的余熱直接進行熱處理，它將鍛造與熱處理兩工序緊密結合在一起，實現了兩工序的合并，節省了工件后續熱處理的再次加熱，是一種大量節約能源的有效途徑，目前已在汽車、工程機械行業得到廣泛應用。

采用余熱淬火工藝生產的產品，具有優秀的綜合力學性能，但與采用常規調質熱處理生產的產品相比，其晶粒度較低，采用余熱淬火工藝生產的產品，其晶粒度通常要比采用調質工藝生產的產品低1 ～2 級。影響余熱淬火鍛件晶粒度的因素見表1。

由于受到各種因素的制約，鍛件在進行批量生產時，其產品形狀、使用的原材料、采用的設備一般是無法改變的。此時，若要提高余熱淬火鍛件的晶粒度，需要對鍛造工藝進行調整。影響鍛件晶粒度的工藝因素主要有三點，包括鍛造溫度、鍛造后至淬火前的時間、各鍛造工步間的變形量。通過降低鍛造溫度，減少鍛造后至淬火前的停留時間，能夠控制晶粒長大，提高鍛件晶粒度。

實際生產中，考慮到鍛件的質量和產線的布置，工藝參數調整的區間范圍是有限的。以我公司某鏈軌節鍛件產品為例，鍛造加熱溫度為(1180±30)℃，鍛后入油時間為35s 以內，經驗證，在此范圍內對鍛造溫度及鍛后入油時間進行調整，對鍛件晶粒度無明顯影響。

表1 影響余熱淬火鍛件晶粒度的因素

鍛造過程是通過高溫下塑性變形引起的動態再結晶，達到細化晶粒的效果。根據臨界變形區理論(圖1)，當變形量大于臨界變形時，金屬內部均產生了塑性變形，因而再結晶時，同時形成很多核心，這些核心稍一長大即互相接觸了，所以再結晶后獲得了細晶粒。但是在實際生產中，尤其對于形狀復雜的多工位模鍛件，由于其變形工步多，各工步間變形過程復雜，因此很難直接判斷其各工位間鍛件晶粒度的變化規律。本文以我公司某鏈軌節鍛件產品為例，通過試驗對多工位模鍛過程中各工步鍛造變形量對余熱淬火鍛件晶粒度的影響進行了研究。

各工位模鍛件晶粒度變化規律

該鏈軌節鍛件鍛造工藝為：棒料→壓扁→預鍛→終鍛→沖孔切邊，為研究各工位鍛件晶粒度的變化規律，分別取每個工位的鍛件，在950℃下進行油淬，并在鍛件相同位置取樣剖切以觀察其晶粒度。試驗件如圖2 所示，試驗結果見表2。

圖1 變形程度與晶粒度的關系

圖2 不同工位的淬火鍛件

可以看到，由棒料直接成形得到的終鍛件，其晶粒度級別最高為4.8 級；增加了預鍛工位之后，從棒料到預鍛件，晶粒度由3.0 級提高至4.5 級，從預鍛到終鍛晶粒度基本無變化；繼續增加壓扁工位，從棒料到壓扁件，晶粒度提高了0.7 級，從壓扁件到預鍛件，晶粒度提高了0.4 級，從預鍛到終鍛晶粒度無變化，此種工藝得到的終鍛件晶粒度最低僅為4.1 級。

由此推斷，鏈軌節鍛造過程中晶粒的細化主要是在棒料到預鍛的變形過程中完成的，預鍛以后的終鍛以及沖孔切邊工位，對晶粒度基本無影響。并且隨著變形工步的增多，由于各工步間變形程度減小，鍛件晶粒度變差。

變形量對晶粒度的影響

工件在壓扁工位上變形時，坯料的高度減小，橫截面積增大，基本上屬于鐓粗成形。而工件在預鍛工位上的變形復雜，坯料局部是以鐓粗壓入的方式成形，高度減??；局部是以擠壓的方式成形，高度增加。鍛件晶粒的細化是在這兩步成形過程中完成的，對于鍛件局部來說，其過程復雜，需要通過試驗進行驗證。根據以上情況，設計試驗，分別改變壓扁工位和預鍛工位的變形量，記錄不同變形量下終鍛件晶粒度的變化趨勢。

表2 不同鍛造工藝下各工位鍛件晶粒度

由圖3 可以看到，隨壓扁工位件厚度增加，終鍛件晶粒度降低；隨預鍛工位件厚度增加，終鍛件晶粒度提高，如圖4 所示。

結束語

根據以上規律，我公司對該產品壓扁及預鍛工位模具進行了重新設計，鍛件心部晶粒度全部達到客戶要求等級以上，且平均值由4.1 級提高至5.2 級。

圖3 晶粒度與壓扁工位件厚度的關系

圖4 晶粒度與預鍛工位件厚度的關系

對于此鏈軌節鍛件，減小其壓扁工位件厚度，增加其預鍛工位件厚度，能夠增加鍛造成形過程中各工位間的變形程度，提高其晶粒度。同樣，對于其他模鍛件來說，各工位間的變形越劇烈，鍛造過程中的晶粒細化效果越好，最終得到的鍛件晶粒度越高。在實際生產中，各工位間變形量的設計受到鍛件質量、模具壽命、設備能力等多方面因素的制約，因此不能隨意增加，但是可通過設計人員的經驗、現場試驗、軟件模擬等多種方法尋找其最優值。

明代的服飾，大體上沿襲唐制，但宋元服裝形式中的某些式樣也有保留。