秦泗義

摘 要：隨著工業(yè)自動(dòng)化的飛速發(fā)展，多用爐熱處理滲碳工藝得到廣泛應(yīng)用。文章就曲柄銷(xiāo)熱處理工藝的試制過(guò)程進(jìn)行研究，對(duì)設(shè)備和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討多用爐熱處理滲碳工藝技術(shù)的加工效果達(dá)到理想水平的方法，為企業(yè)創(chuàng)造了效益。工件進(jìn)行爐熱處理的過(guò)程主要為滲碳、淬火后再進(jìn)行磨削加工，同時(shí)要求磨削后產(chǎn)品硬度符合工藝及使用要求。文章筆者就曲柄銷(xiāo)熱處理工藝的試制過(guò)程作為論點(diǎn)，圍繞試制過(guò)程中，曲柄銷(xiāo)的扭矩、過(guò)盈量、硬度、耐磨度、韌性等情況，對(duì)爐熱處理滲碳工藝應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：多用爐；熱處理工藝；滲碳工藝

一般而言，曲柄分為：左右曲柄、連桿以及曲柄銷(xiāo)等幾個(gè)部分。在對(duì)這些20CnMo材質(zhì)的零件進(jìn)行熱處理時(shí)，主要進(jìn)行滲碳淬火工作[1]。因?yàn)檫@些零部件比較小，所以要求的硬化層相對(duì)較淺。具體詳情為：成品滲碳層要求為0.6～0.9mm，表面硬度要求56～64HRC；熱處理工序的理想值區(qū)間為：0.8～1.0mm（514HV），其中，工件表面硬度理想值區(qū)間為：57～64HRC。在熱處理過(guò)程中，0.8～1.0mm（514HV），工件表面硬度理想值范圍為：57～64HRC。就以上所述情況來(lái)看，按照硬度值的參考數(shù)據(jù)可以知道，這些零件都屬于淺層滲碳。

1 曲柄熱處理工藝分析

為使曲柄熱處理項(xiàng)目結(jié)果達(dá)到理想效果，就前文所述內(nèi)容來(lái)看，重點(diǎn)需要注意以下問(wèn)題：

（1）提前了解加工設(shè)備規(guī)格，確保一爐工件的硬化層符合要求。

（2）對(duì)熱處理后的工件情況進(jìn)行預(yù)估，檢測(cè)工件硬化層硬度梯度是否達(dá)標(biāo)，為后期磨削工作打好基礎(chǔ)[2]。

（3）當(dāng)曲柄完成壓合時(shí)，查看扭矩程度。曲炳孔的表面、心部的硬度以及硬化層深度均會(huì)對(duì)扭矩效果造成影響。

對(duì)曲軸進(jìn)行滲碳處理主要是為了：強(qiáng)化工件表面硬度，為扭矩達(dá)標(biāo)奠定基礎(chǔ)；工件進(jìn)行滲碳處理后，能優(yōu)化產(chǎn)品疲勞強(qiáng)度；合理達(dá)標(biāo)的硬度，能有效輔助其他零件的裝配工作；由于曲柄較小，十分注重強(qiáng)度韌性，因而對(duì)工件硬化層、心部硬度以及殘余奧氏體的規(guī)格要求會(huì)更嚴(yán)格。

2 滲碳分析

2.1 硬化層深度

滲碳層的深度，主要由爐熱處理時(shí)的溫度、時(shí)間以及碳勢(shì)等因素來(lái)決定。滲碳層深度計(jì)算公式如下所示：

上述公式中，i為時(shí)間，T為絕對(duì)溫度（K）。當(dāng)滲碳溫度為930℃時(shí)，A（T）值為0.670；當(dāng)滲碳溫度為960℃時(shí)，A（T）值為0.747。由此可見(jiàn)，滲碳層溫度和碳在γ-Fe中的作用速度成正比。在溫度保持穩(wěn)定值時(shí)，滲層深度與滲碳時(shí)間成正比關(guān)系，由此可得出，溫度與時(shí)間是決定滲層深度關(guān)鍵因素的結(jié)論。溫度的變化也會(huì)使?jié)B碳深度產(chǎn)生變化，因此在淺層滲碳過(guò)程中，必須準(zhǔn)確的拿捏好滲碳溫度[3]。否則，操作不當(dāng)，溫度過(guò)高，淺層滲碳中碳分子擴(kuò)散速度快，作用時(shí)間短，滲碳深度有限，無(wú)法達(dá)到理想值。因此，需要合理降低溫度，使碳分子擴(kuò)散速度慢，獲得更多便于操作的空間，減小成果與理想效果的偏差。為了讓工件表面硬度達(dá)到最佳狀態(tài)，爐器碳勢(shì)高低必須嚴(yán)加控制。對(duì)于低合金滲碳鋼，表面要求wc=0.75%-1.00%。雖然，滲碳層深度越深，產(chǎn)品的疲勞度和扭矩能力均能得到提升，但是會(huì)降低工件的沖擊韌度。而且，工件心部材料會(huì)由于滲層的壓迫導(dǎo)致發(fā)生變形。同時(shí)，滲層深度越深，擴(kuò)散層相對(duì)會(huì)更深，因此工件心部含碳量超標(biāo)的結(jié)果也不容忽視。經(jīng)過(guò)淬火后，工件心部硬度以及強(qiáng)度都會(huì)提升，不過(guò)韌性低下，在進(jìn)行曲柄壓合時(shí)容易產(chǎn)生裂痕。

2.2 碳濃度梯度

硬化層硬度梯度，主要取決于滲碳層碳濃度梯度。碳勢(shì)會(huì)決定滲碳層深度，工件表層成分波動(dòng)，也會(huì)變得較為靈敏。因此，利用兩段滲碳的方式，可以節(jié)省處理時(shí)間，保證滲碳質(zhì)量，提高工作效率。不過(guò)，理論雖然如此，但在實(shí)際操作過(guò)程中，由于碳勢(shì)氣氛和工件表面碳濃度值并不統(tǒng)一，因此并不能使兩段滲碳的工作優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)出來(lái)。工件接受薄層滲碳時(shí)，滲碳時(shí)間均較短，因此氣氛勢(shì)能以及工件表面碳濃度無(wú)法達(dá)到平衡。面對(duì)這種情況。需要在熱處理結(jié)束后，對(duì)工件進(jìn)行磨削處理，但是如此一來(lái)，工件表面硬度又無(wú)法達(dá)標(biāo)。滲碳層中碳濃度高，在淬火結(jié)束后表面將殘留大量奧氏體，而磨削工作中產(chǎn)生的熱能會(huì)催化奧氏體轉(zhuǎn)化為馬氏體，最終容易造成裂紋。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，碳在奧氏體中的溶解度（C）%=0.003T-1.47（850℃≤T≤950℃）。得知900℃碳的溶解度為1.23%，930℃為1.32%。對(duì)爐器碳勢(shì)的控制，是為實(shí)現(xiàn)零件表面含碳量達(dá)到理想值，對(duì)于低合金滲碳鋼，表面要求wc=0.75%-1.00%；滲碳過(guò)程中可以采用一段碳勢(shì)（恒碳勢(shì)），也可以采用兩段碳勢(shì)（變碳勢(shì)）的滲碳工藝。由此看來(lái)，在滲碳期間，可以運(yùn)用高回火溫度或反復(fù)加熱的方式，保證工件表面硬度符合要求的同時(shí)，最大化減小殘余奧氏體的含量與內(nèi)應(yīng)力，為磨削工作打好基礎(chǔ)。

2.3 心部硬度

滲碳零件的力學(xué)性能，主要取決于滲碳鋼心部的硬度情況。升溫過(guò)程中碳勢(shì)最高可以達(dá)到1.30%Cp，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)最終得出結(jié)論：心部硬度過(guò)高的工件，在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)斷裂情況。主要原因是心部硬度高，疲勞強(qiáng)度降低，韌性也大幅度下降。所以，小件心部硬度檢測(cè)的工作不容忽視。

2.4 殘余奧氏體

研究結(jié)果顯示，表面殘留的奧氏體，如未超過(guò)一定范圍并不會(huì)對(duì)工件抗疲勞性能產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，適量的殘余奧氏體能夠有效改善淬火出現(xiàn)裂紋的情況。曲柄在于曲柄銷(xiāo)進(jìn)行壓合的階段，殘余奧氏體在磨削工作中產(chǎn)生的熱能會(huì)催化奧氏體轉(zhuǎn)化為馬氏體，最終容易造成裂紋。由此看來(lái)，在滲碳期間，可以運(yùn)用高回火溫度或反復(fù)加熱的方式，保證工件表面硬度復(fù)核要求的同時(shí)，最大化減小參與奧氏體的含量與應(yīng)力，為磨削工作打好基礎(chǔ)。碳在奧氏體中的溶解度（C）%=0.003T-1.47（850℃≤T≤950℃）。得知900℃碳的溶解度為1.23%，930℃為1.32%。需要注意吸收能量，轉(zhuǎn)換殘余奧氏體的性能，輔助熱處理工作能夠順利進(jìn)行，幫助工件熱處理效果達(dá)到理想狀態(tài)。對(duì)此，既可以通過(guò)預(yù)處理的方式也可以利用清潔工件表面的方式，加強(qiáng)工件表面性能，確保滲層均勻度。

3 原因分析

3.1 經(jīng)過(guò)研究，在升溫排氣階段，不采用任何辦法控制碳勢(shì)，僅依靠甲醇的滴入，只能讓氣氛受到保護(hù)順利進(jìn)行置換。升溫過(guò)程中碳勢(shì)最高可以達(dá)到1.30%Cp，淺層滲碳的滲層均勻性受到一定影響，而深層滲碳的均勻度并未受到影響。工件進(jìn)行爐熱處理的過(guò)程主要為滲后再磨削加工，同時(shí)要求磨削后產(chǎn)品硬度符合要求。在一般情況下，工件進(jìn)入多用爐吸熱，爐內(nèi)溫度會(huì)直接下降到580℃，開(kāi)始升溫。在升溫速率位4-6"C/rain的情況下，大約經(jīng)過(guò)70-90min的時(shí)間，溫度即可達(dá)到930℃。升溫階段，中門(mén)沒(méi)有加熱器，所以升溫速度受到一定的抑制。

3.2 滲碳溫度對(duì)工件的滲碳情況有著深遠(yuǎn)的影響，因此需要通過(guò)前室速降溫，后室降溫慢，才會(huì)實(shí)現(xiàn)后室工件擴(kuò)散層比前室更深的效果。

3.3 工件淬火出爐時(shí)期，前室工件最先接觸空氣，因此溫度下降比后室工件多，最終形成硬化層比后室淺的結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

工件在進(jìn)行進(jìn)行爐熱處理，通過(guò)滲碳再磨削的方式進(jìn)行加工。由于后期需要進(jìn)行磨削程序，因此對(duì)產(chǎn)品的硬度有一定要求。本文就曲柄銷(xiāo)熱處理工藝的試制過(guò)程作為論點(diǎn)，圍繞試制過(guò)程中，曲柄銷(xiāo)的扭矩、過(guò)盈量、硬度、耐磨度、韌性等情況，對(duì)爐熱處理滲碳工藝應(yīng)用進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)和設(shè)備進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)當(dāng)前滲碳工藝技術(shù)不足之處的分析，探討爐熱處理滲碳工藝技術(shù)的加工效果達(dá)到理想水平的方法，為企業(yè)創(chuàng)造了效益。

參考文獻(xiàn)

[1]張偉，朱百智.940℃滲碳工藝探索與應(yīng)用[J].金屬加工：熱加工，2013（19）：45-46.

[2]李光瑾，陳德華，任頌贊，等.重載大模數(shù)齒輪深層滲碳工藝精益化探討[J].熱處理技術(shù)與裝備，2013（1）：31-36.

[3]王萌，鞏建鳴，榮冬松.奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳工藝研究現(xiàn)狀[J].壓力容器，2012（6）：45-49.