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間隔環(huán)亞溫淬火工藝研究

1 間隔環(huán)的結(jié)構(gòu)和加工工藝

間隔環(huán)的主要尺寸如圖1所示。

圖1 間隔環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖

間隔環(huán)材質(zhì)為45鋼。45鋼是較常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)鋼，廣泛應(yīng)用于各種零件的制造中。通常使用的熱處理工藝為淬火+中高溫回火，要求具有一定的強(qiáng)度和硬度。尖角類(lèi)零件的熱處理工藝采用水淬-油冷方式，淬火后存在出現(xiàn)淬火裂紋的風(fēng)險(xiǎn)，并伴有較大的變形，可導(dǎo)致零件報(bào)廢或增加機(jī)械加工工序的難度。

間隔環(huán)的加工工藝為鋼板下料，在機(jī)械加工粗車(chē)后進(jìn)行熱處理，進(jìn)而精磨成形。設(shè)計(jì)要求硬度為40～45 HRC,C面變形量≤0.35 mm。在按照正常工藝進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程中，因淬火裂紋和變形量超差，導(dǎo)致產(chǎn)品合格率只有60%。為了提高間隔環(huán)合格率，進(jìn)行了大量的工藝試驗(yàn)，解決了長(zhǎng)期困擾生產(chǎn)的難題。

2 原熱處理工藝及存在的問(wèn)題

2.1 原熱處理工藝

傳統(tǒng)的工藝方案是采用鹽浴爐加熱，淬火溫度一般為Ac3+(30～50) ℃。對(duì)于45鋼零件的淬火熱處理工藝，一般為淬火溫度(840±10) ℃，隨后在40～80 ℃的水-油中冷卻。原熱處理工藝如圖2所示。

圖2 原熱處理工藝

2.2 存在的問(wèn)題

原熱處理工藝存在下述問(wèn)題。

1)易產(chǎn)生淬火裂紋。淬火過(guò)程和回火后的組織如圖3和圖4所示。由于淬火引起的熱應(yīng)力和組織變化引起的組織應(yīng)力共同作用，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就可能使顯微裂紋擴(kuò)展，形成宏觀裂紋。由此可知，在淬火過(guò)程中，任何促成裂紋生成和長(zhǎng)大，并且增大拉應(yīng)力的因素都可能使零件產(chǎn)生淬火裂紋。

圖3 840 ℃淬火，水-油(40～80 ℃)冷卻后組織

圖4 380 ℃回火空冷金相照片

鋼中的碳含量對(duì)淬裂傾向有較大影響。一般淬火裂紋發(fā)生在碳含量>0.4%，Ms點(diǎn)為<330 ℃的鋼中，而45鋼正處于這一范圍中。隨著碳含量的增加，板條馬氏體減少，針狀馬氏體增加，淬火顯微裂紋增加，同時(shí)Ms點(diǎn)降低，脆斷強(qiáng)度降低，增大了淬火裂紋傾向。間隔環(huán)由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，淬火裂紋極易發(fā)生。

2)變形大。間隔環(huán)厚度為13.8 mm，臺(tái)階多，有棱角，無(wú)倒角，加熱后C面變形較大，這主要是由于淬火引起的不均勻塑性變形引起。后續(xù)機(jī)械加工精磨C面，需要保證圖1中2個(gè)(3±0.3) mm尺寸。熱處理后平面翹曲，精磨失去基準(zhǔn)，部分淬火黑皮不能磨削去除，造成產(chǎn)品不合格。

3 改進(jìn)的熱處理工藝及效果

45鋼的相變溫度Ac3為780 ℃，而Ar3為750 ℃，因此淬火溫度由傳統(tǒng)的850 ℃下降到Ar1～Ar3，采用5%～10%的NaCL溶液冷卻，可以抑制低溫奧氏體析出鐵素體。轉(zhuǎn)變后的馬氏體組織相對(duì)細(xì)化，硬度分布均勻，并獲得良好的強(qiáng)韌配合。使用亞溫淬火工藝，即使是處在淬裂危險(xiǎn)截面尺寸的零件也不會(huì)出現(xiàn)淬火裂紋。改進(jìn)的熱處理工藝如圖5所示。

圖5 間隔環(huán)亞溫淬火工藝示意圖

亞溫淬火組織及380 ℃ 回火組織分別如圖6和圖7所示。與原熱處理工藝相比，亞溫淬火后馬氏體組織均勻細(xì)小，塊狀和網(wǎng)狀鐵素體基本消失,少量鐵素體孤立分布于馬氏體組織中。

圖6 間隔環(huán)亞溫淬火后組織

圖7 間隔環(huán)380 ℃ 回火組織

采用改進(jìn)工藝的熱處理零件，經(jīng)探傷檢查后表明，硬度合格，沒(méi)有出現(xiàn)裂紋；同時(shí)由于淬火溫度的降低，有效降低了熱處理變形，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可以得到下述結(jié)論。

1)通過(guò)采用亞溫淬火這種非傳統(tǒng)熱處理工藝，配合合理的裝掛方式，能夠有效減少間隔環(huán)裂紋的產(chǎn)生，大大降低了淬火變形。

2)45鋼采用780 ℃亞溫淬火，其內(nèi)部組織為細(xì)小馬氏體，強(qiáng)韌性好，并且不會(huì)出現(xiàn)鐵素體組織。

責(zé)任編輯 馬彤

閆曉紅1，鄔嘵穎1，葛 軍1，王思濤1，張國(guó)振1，魏 敏2，林 燦2，祝國(guó)榮1，閆徳媛1

(1.北京北方車(chē)輛集團(tuán)有限公司 工藝技術(shù)中心，北京 100072；2.中國(guó)北方車(chē)輛研究所，北京 100072)

裝甲車(chē)輛用間隔環(huán)材質(zhì)為45鋼，探討了采用亞溫淬火工藝對(duì)裝甲車(chē)輛用間隔環(huán)組織和性能的影響。結(jié)果表明，采用780 ℃亞溫淬火，其內(nèi)部組織為細(xì)小馬氏體，其強(qiáng)韌性好，亞溫淬火后殘留鐵素體呈細(xì)小針狀，且鋼的強(qiáng)度、硬度降低不多。與傳統(tǒng)的淬火工藝相比，亞溫淬火能夠有效避免間隔環(huán)淬火裂紋的產(chǎn)生，大大降低淬火變形。對(duì)于尺寸較小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，亞溫淬火工藝具有廣泛的應(yīng)用前景。

間隔環(huán)；亞溫淬火；金相組織；變形

The Application of Subthermal Quenching Technic on Spacer Ring

YAN Xiaohong1, WU Xiaoying1, GE Jun1, WANG Sitao1, ZHANG Guozhen1, WEI Min2, LIN Can2,

ZHU Guorong1, YAN Deyuan1

(1.The Institute of Technology, Beijing North Vehicle Group Corporation, Beijing 100072,China; 2.China North

Vehicle Research Institute, Beijing 100072, China)

The effect on metallurgical structure and property of 45 steel spacer ring for armored vehicles is discussed with the use of subthermal quenching technic. The experimentation shows that by means of 780 ℃ subthermal quenching, the martensite of the part is very thin and has high tensile strength and toughness. The remaining ferrite after subthermal quenching takes on micro-acicular while the strength and hardness reduces very little. By comparison with the normal heat-treatment, the subthermal quenching techinic can avoid the spacer ring from crack-producing, and reduce quenching deformation largely. The subthermal quenching technic could be used in some parts with small dimension and complicated framework, and having wide application in the future.

spacer ring, subthermal quenching, metallurgical structure, deformation

閆曉紅(1976-)，女，工程師，主要從事材料及熱處理等方面的研究。

2016-03-16

TG 142；TG 156

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