滲碳預(yù)備熱處理工藝探究范文

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摘要:

通過(guò)對(duì)滲碳試驗(yàn)件預(yù)處理的溫度、晶粒細(xì)化及變形原因的分析，提出了合理的預(yù)備熱處理方案。

關(guān)鍵詞:

滲碳預(yù)備熱處理；溫度；晶粒；變形

1概述

滲碳預(yù)備熱處理的目的是為了細(xì)化晶粒，獲得均勻的金相組織，以及滲碳前的預(yù)變形為后續(xù)的滲碳工序做好前期準(zhǔn)備。預(yù)備熱處理工藝的好壞會(huì)直接影響到滲碳后工件的組織及變形的大小[1]。目前大部分產(chǎn)品采用的預(yù)備熱處理工藝為工序最復(fù)雜的正火+調(diào)質(zhì)，消耗能源大且工期較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)周期。該項(xiàng)目研究的意義在于找出不僅滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求且節(jié)省能源以及縮短工期的最合適的預(yù)備熱處理工藝。

2工藝原理

滲碳預(yù)備熱處理的工藝原理為把工件加熱到相變點(diǎn)AC3100～150℃以上并保溫一定時(shí)間，使之充分奧氏體化，然后采用不同的冷卻方式及冷卻速度進(jìn)行冷卻，獲得較均勻的平衡組織，以達(dá)到改善晶粒度，獲得合適的切削硬度，同時(shí)為滲碳做組織準(zhǔn)備，達(dá)到以減小熱畸變的目的[2]。

3工藝方案

3.1預(yù)處理溫度

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，預(yù)備熱處理前有部分工件因冶金或鍛造問(wèn)題存在類似帶狀組織的偏析成分，這種偏析在滲碳淬火時(shí)會(huì)因組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)造成工件的變形或開(kāi)裂。所以在預(yù)備熱處理時(shí)，需要較高溫度（Ac3+150~200℃，一般滲碳鋼溫度≥920℃）并保溫一段時(shí)間來(lái)改善組織的偏析。

3.2細(xì)化晶粒

滲碳件滲碳鋼的采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)要求本質(zhì)細(xì)晶粒鋼即晶粒度≥5級(jí)，但滲碳淬火后對(duì)馬氏體有嚴(yán)格的要求（馬氏體≤4級(jí)），對(duì)應(yīng)的晶粒度為≥8級(jí)[3]。滲碳淬火具有一定細(xì)化晶粒的作用，但并不能滿足上述要求，所以滲碳淬火前預(yù)備熱處理的細(xì)化晶粒作用非常重要。由于晶粒的形核率及線生長(zhǎng)速度與溫度及加熱速度成正比且隨溫度的不斷升高形核速度遠(yuǎn)大于線生長(zhǎng)速度，因此細(xì)化晶粒的原則為高溫（≥920℃）短時(shí)間保溫、快速加熱。

3.3工件變形原因

導(dǎo)致工件變形主要由熱應(yīng)力以及組織應(yīng)力引起。熱應(yīng)力為由于工件尺寸較大，在加熱（冷卻）過(guò)程中由于表里加熱（冷卻）速度不一致，熱脹冷縮所導(dǎo)致的應(yīng)力。組織應(yīng)力為在加熱（冷卻）過(guò)程中，工件橫截面上由于組織的不同時(shí)轉(zhuǎn)變，且不同組織比體積不同的原因?qū)е碌膽?yīng)力。上述兩種應(yīng)力為工件變形以及開(kāi)裂的主要原因，因此在滲碳淬火前需保證組織的均勻性。綜上所述，預(yù)備熱處理工藝選擇的關(guān)鍵點(diǎn)為高溫、快速加熱、短時(shí)間保溫及組織均勻。針對(duì)以上幾點(diǎn)制定了新的預(yù)備熱處理工藝高溫調(diào)質(zhì)，如圖1所示。

4工藝實(shí)施

（1）首先對(duì)毛坯試驗(yàn)件進(jìn)行優(yōu)化后預(yù)備熱處理，裝爐方式以及工藝參數(shù)完全執(zhí)行工藝說(shuō)明卡，避免人為因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果所造成的影響。

（2）當(dāng)預(yù)備熱處理結(jié)束后，將試驗(yàn)件加工成Ф380±0.15/Ф200×50±0.15的圓餅類待滲碳試驗(yàn)件，并要求表面磨削處理，Ra≤0.8。

（3）對(duì)待滲碳試驗(yàn)件進(jìn)行同一工藝的滲碳處理，通過(guò)分析滲碳后的金相組織、晶粒度、硬度梯度及變形情況，綜合討論優(yōu)化后的預(yù)備熱處理工藝是否適合我公司生產(chǎn)現(xiàn)狀。

5結(jié)果分析

滲碳后心部為細(xì)針狀回火馬氏體，按JB/T6141.3-92評(píng)級(jí)為1級(jí)，如圖2所示。滲碳層為細(xì)針狀馬氏體+殘留奧氏體，按JB/T6141.3-92評(píng)級(jí)為2-3級(jí)，如圖3所示。晶粒尺寸平均為13.60μm，按GB/T6394-2002評(píng)級(jí)為9級(jí)，如圖4所示。符合滲碳件技術(shù)條件，馬氏體≤4級(jí)，心部組織≤4級(jí)的要求，硬度梯度如圖5所示。且滲碳后工件變形較小各項(xiàng)指標(biāo)均＜0.20mm，符合我公司滲碳后齒輪變形加工要求。部分變形數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

6結(jié)論

新預(yù)備熱處理工藝高溫調(diào)質(zhì)與之前的正火+調(diào)質(zhì)相比較，能源消耗降低26.9%，生產(chǎn)周期減少25.6%。實(shí)踐證明，預(yù)備熱處理工藝高溫調(diào)質(zhì)完全能夠適應(yīng)我公司生產(chǎn)現(xiàn)狀且減少了生產(chǎn)周期，降低了能源消耗。

參考文獻(xiàn)：

[1]張龍.滲碳鋼的預(yù)備熱處理.金屬熱處理，1995

[2]陳國(guó)民.滲碳齒輪毛坯的預(yù)備熱處理—等溫正火.機(jī)械工人，2004

[3]歐陽(yáng)潤(rùn)之.關(guān)于齒輪滲碳淬火后金相組織級(jí)別超差及處理依據(jù)的研究.（南京）齒輪熱處理標(biāo)準(zhǔn)專題研討會(huì)論文集，2011

作者:葉慧鑫 曲云秀 張斯奇 王東東 周卯旸 單位:大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司熱處理廠 大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司技術(shù)管理部