文／劉釗·陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)有限責(zé)任公司

伴隨著汽車裝備制造業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)齒輪零部件的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。滲碳試棒作為齒輪內(nèi)在質(zhì)量控制過(guò)程中的一種關(guān)鍵手段，通過(guò)正火預(yù)備熱處理，為滲碳淬火做好組織準(zhǔn)備。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，滲碳試棒容易出現(xiàn)硬度低于要求值、過(guò)熱組織、混晶等不合格現(xiàn)象。因此要改變單純靠最終檢驗(yàn)被動(dòng)把關(guān)來(lái)保證質(zhì)量的觀念和制度，實(shí)行以預(yù)防為主，預(yù)防和檢驗(yàn)結(jié)合的主動(dòng)控制質(zhì)量保證模式，把重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到質(zhì)量形成過(guò)程的控制上來(lái)，把熱處理缺陷消滅在質(zhì)量形成過(guò)程中。目前國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)使用最多的材質(zhì)仍然是20CrMnTi，我公司采用最多的則是8620RH，其次為20CrMnTiH、20CrNi3H、1E0778、8627RH、17CrNiMo6等。

本文以我公司使用量最大的8620RH材質(zhì)滲碳試棒進(jìn)行工藝試驗(yàn)，采用國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的等溫正火預(yù)先熱處理工藝研究加熱溫度、等溫溫度、吹風(fēng)時(shí)間、風(fēng)速等參數(shù)對(duì)該材質(zhì)的影響，力求滿足公司相關(guān)質(zhì)量要求。

滲碳試棒的等溫正火熱處理

選用材料和設(shè)備說(shuō)明

本次試驗(yàn)所用試棒材料為SEA8620RH材質(zhì)，相當(dāng)于中國(guó)牌號(hào)中的20CrNiMoH，只有微量元素的含量有所不同。我公司采購(gòu)的是撫順特殊鋼生產(chǎn)的規(guī)格為φ16mm圓鋼坯料，作為低碳合金滲碳鋼，具有良好的淬透性。我公司技術(shù)要求的8620RH與國(guó)標(biāo)20CrNiMo材料化學(xué)成分對(duì)比如表1所示，淬透性值如表2所示。

表1 8620RH與20CrNiMoH材料化學(xué)成分對(duì)比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

鋼廠可以根據(jù)我方需求對(duì)淬透性帶寬進(jìn)行精細(xì)化控制。設(shè)備是工藝的基礎(chǔ)，齒輪熱處理的質(zhì)量在很大程度上取決于熱處理設(shè)備的好壞。我公司在進(jìn)行試棒正火時(shí)，選用的設(shè)備為小型的愛(ài)協(xié)林推桿式等溫正火線，整個(gè)機(jī)構(gòu)由裝料臺(tái)、高溫爐、速冷室、等溫爐和翻料機(jī)構(gòu)等組成，采用豎直排列的輻射管加熱方式。其中，高溫爐由4個(gè)分區(qū)組成，等溫爐由3個(gè)分區(qū)組成。一般工藝要求周期為12min，但可依據(jù)材質(zhì)、規(guī)格尺寸等不同在12～18min之間調(diào)整。每盤凈重裝載鍛件160kg，速冷、緩冷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)?；竟に嚶肪€為裝料→加熱→風(fēng)冷→保溫→出料→強(qiáng)制冷卻→翻料，運(yùn)行過(guò)程為自動(dòng)控制。

表2 8620RH原材料淬透性要求

圖1 滲碳試棒裝筐圖

等溫正火熱處理原理及工藝試驗(yàn)

等溫正火是將工件加熱到奧氏體化區(qū)的某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后快速冷卻至珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)的某一溫度進(jìn)行保溫，獲得平衡組織，隨后出爐空冷。合金滲碳鋼(如汽車齒輪)鍛造毛坯一般均需經(jīng)正火處理，目的是調(diào)整鍛件的顯微組織，消除鍛造時(shí)形成的組織不均勻缺陷和內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善其切削加工性能，并為滲碳淬火作好組織準(zhǔn)備，以減少淬火變形。鋼中的Mo使鋼的奧氏體穩(wěn)定性提高，C曲線右移。冷卻過(guò)快時(shí)，部分鍛件中甚至?xí)霈F(xiàn)粒狀貝氏體組織，硬度過(guò)高，影響切削加工性能；冷速過(guò)慢時(shí)，中間位置鍛件溫度遠(yuǎn)高于等溫溫度，使部分組織粗大，硬度偏低，影響力學(xué)性能。

我們根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況，制定三個(gè)試驗(yàn)方案（表3），每次均裝載200件，并均勻散放在料盤中，如圖1所示。每次裝兩筐，采用加空盤調(diào)整溫度的方式。針對(duì)滲碳試棒材質(zhì)，公司技術(shù)要求硬度為153～185HBW，以便于加工。為確保試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確和分析研究，每方案抽取6件進(jìn)行布氏硬度檢驗(yàn)。同時(shí)每方案中抽取2件硬度最高值進(jìn)行金相組織檢驗(yàn)。金相組織要求為均勻的鐵素體加珠光體組織，無(wú)魏氏體和貝氏體等異常組織，我們按GB/T 13320-2007《鋼質(zhì)模鍛件金相組織評(píng)級(jí)圖及評(píng)定方法》進(jìn)行評(píng)級(jí)，一般要求1～3級(jí)。

試驗(yàn)工藝參數(shù)設(shè)定如下：⑴方案一。高溫930℃+等溫580℃，風(fēng)冷2min(40Hz)+5min(10Hz)，周期11min；⑵方案二。高溫920℃+等溫580℃，風(fēng)冷2min(20Hz)+4min(5Hz)，周期11min；⑶方案三。高溫910℃+等溫560℃，風(fēng)冷2min(30Hz)+3min(5Hz)，周期 9min。

試驗(yàn)結(jié)果與分析

由于試棒都是平裝在料盤中，每盤內(nèi)的鍛件硬度散差小，均控制在7HBW之內(nèi)，均勻性較好。方案一硬度合格，但是因加熱溫度高，保溫時(shí)間長(zhǎng)，組織呈不規(guī)則分布，且晶粒粗大、有混晶加斷離珠光體現(xiàn)象；方案二降低了加熱溫度可以抑制粗大的奧氏體出現(xiàn)，減少吹風(fēng)，降低風(fēng)量，但是硬度值部分低，晶粒出現(xiàn)局部混晶現(xiàn)象。方案三在方案二的基礎(chǔ)上降低加熱溫度、等溫溫度，調(diào)整吹風(fēng)，縮短工藝周期，組織呈均勻分布的珠光體+鐵素體組織，晶粒致密細(xì)小，晶粒度7級(jí)以上。硬度達(dá)到要求范圍，組織均勻性更好，后續(xù)進(jìn)行工藝固化。

過(guò)熱為加熱溫度過(guò)高或在高溫下保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，引起奧氏體晶粒粗化。理論上講，一般的過(guò)熱組織可經(jīng)等溫正火，在正常情況下重新奧氏化使晶粒細(xì)化來(lái)消除。但如果坯料在鍛造過(guò)程中，由于加熱溫度過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而出現(xiàn)比較嚴(yán)重的過(guò)熱組織時(shí)，通過(guò)等溫正火很難消除，這種過(guò)熱組織通過(guò)多次等溫正火、多次高溫回火或高溫退火才能得到改善，在鍛造過(guò)程中嚴(yán)格控制鍛造溫度并在鍛造中必須多次鐓粗和增大鍛造比有利于避免粗晶遺傳。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果生產(chǎn)的鍛件壁薄，加熱溫度需要降低10～15℃，可以有效避免粗大組織的出現(xiàn)。廠家供應(yīng)的軋制鋼材由于軋制溫度高等原因存在粗大晶粒。用這樣的材料鍛造時(shí)，若鍛造工藝不改進(jìn)，鍛造比小，即可造成粗晶組織的遺傳，為正火處理細(xì)化晶粒帶來(lái)困難，這樣就需通過(guò)正火返工才能使晶粒細(xì)化。

表3 滲碳試棒等溫正火工藝

結(jié)論

通過(guò)對(duì)滲碳試棒等溫正火研究、分析和討論，得到以下結(jié)論：

⑴滲碳試棒毛坯采用等溫正火處理，硬度波動(dòng)范圍穩(wěn)定，整批工件的金相組織穩(wěn)定，同時(shí)便于后續(xù)滲碳淬火使用，既保證熱處理質(zhì)量又兼顧檢測(cè)成本，其產(chǎn)出與投入比較高。

⑵通過(guò)調(diào)整吹風(fēng)風(fēng)速?gòu)?qiáng)弱、吹風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)短、加熱溫度、等溫溫度、周期時(shí)間等工藝措施，調(diào)整并修正工藝，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的合格，提升了正火一次性合格率，提高生產(chǎn)效率。