汽车半轴热处理工艺.doc

40Cr钢汽车半轴的热处理工艺*（中国矿业大学 材料科学与工程学院 江苏徐州 221116）摘要: 制定40Cr 钢退火、正火、淬火、回火、调质热处理工艺, 测定在各种热处理情况下试样的硬度和冲击韧性, 并进行材料的金相组织分析, 得出了40Cr 钢调质处理具有良好综合性能的结论。关键词：汽车半轴；热处理工艺；金相组织；性能 1 引言 汽车半轴是汽车的重要部件之一, 要求具有合理的最佳的静扭强度和抗扭转疲劳性能. 是在汽车运行中承受自重和货物重量, 并传递扭矩的重要零件,常采用40Cr 钢制造, 其产品质量直接影响着整车的性能。40Cr 钢属于亚共析钢, 缓冷至室温后的显微组织为铁素体加珠光体, 含有较少的合金元素, 属于低淬透性合金调质钢, 经适当热处理后具有较高的强度、良好的塑性和韧性, 即具有良好的综合力学性能, 常用于制造汽车的连杆、螺栓、传动轴及机床主轴等机械零件。2 分析汽车半轴的加工工艺流程如下：半轴材料采购下料花键加热锻造镦花键成形另一端加热锻造预镦制坯加热半轴盘端摆辗成形淬火回火校直抛丸铣端面钻中心孔校正粗车半轴法兰盘外端面和花键外圆粗车法兰盘内端面和外圆精车法兰端和花键外圆铣花键清洗中频淬火回火校正无损检测钻半轴法兰盘孔磨半轴法兰轴颈精车半轴法兰内端面抛光清洗打标包装。对于40Cr的热处理，采用预备热处理和最终热处理。调质钢经热加工后, 必须经过预备热处理来降低硬度, 便于切削加工, 消除热加工时造成的组织缺陷,细化晶粒, 改善组织, 为最终热处理做好准备。对于40Cr 钢而言, 可进行正火或退火处理。调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。一般可以采用较慢的冷却速度淬火, 可以用油淬以避免热处理缺陷。当强度较高时, 采用较低的回火温度, 反之选用较高的回火温度。铁碳合金相图40Cr的化学成分及临界温度见表1 从铁碳合金相图可以看出：40Cr钢属于亚共析钢, 在缓慢冷却到室温后的组织为铁素体和珠光体。从钢的分类来看, 40Cr钢属于调质钢, 具有很高的强度及良好的塑性和韧性,也就是有良好的机械性能。40Cr钢主要应用于制造业，特别是机械类制造的材料。表1所示的是40Cr 的化学成分及临界温度。40Cr钢的热处理，各种参数都有规定，在实际操作中应注意：（1）40Cr 工件淬火后应采用油冷，40Cr 钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小，操作者要凭经验严格掌握入水、出水的温度。（2）40Cr 工件调质后硬度仍然偏高，第二次回火温度就要增加，不然，硬度降低困难。（3）40Cr 工件高温回火后，形状复杂的在油中冷却，简单的在水中冷却，目的是避免第二类回火脆性的影响。回火快冷后的工件，必要时再施以消除应力处理。本文根据对40Cr 钢分别采用退火、正火、淬火、不同的回火温度情况下的热处理, 测定不同情况下试样的硬度与冲击韧性值。3 热处理工艺参数的选择对40Cr钢分别采用退火、正火、淬火、不同的回火温度情况下的热处理, 测定不同情况下试样的硬度与硬度值。制定了调质热处理工艺参数，如表2 所示。表2 40Cr 调质热处理工艺参数4 热处理工艺的制定4.1退火工艺的制定 图1 为退火及正火工艺曲线图。加热温度: Ac3+(3050)，由此确定加热温度为850; 保温时间:120min; 冷却方式: 随炉冷却。图1退火及正火工艺曲线图 4.2正火工艺的制定 加热温度: Ac3+(3050),由此确定加热温度为850; 保温时间:120min; 冷却方式:空冷。 4.3淬火工艺的制定 图2 为淬火工艺曲线图。加热温度: Ac3+(3050),由此确定加热温度为850; 保温时间:80min;冷却方式: 油冷。 图2淬火工艺曲线图4.4回火工艺的制定亚共析钢的低温回火温度为150300,但钢材的第一类回火脆性温度在250400,由于40Cr中含有硅、锰、铬等合金元素, 第一类回火脆性温度将有所增高,所以选用低温回火温度为240;保温时间为60min;采用空冷。中温回火温度350500,选用温度为460;保温时间为50min;空冷。高温回火温度为500650,可选用加热温度为620;保温时间60min;空冷。5 40Cr热处理冲击韧性与硬度为了检测各组试样在热处理后的硬度, 对退火和正火的试样进行布氏硬度的检测，对淬火后低温回火、中温回火和高温回火的试样进行洛氏硬度的检测，对调质处理与油淬后的试样进行冲击韧性检测。其结论如表3 - 表5 所示。6 40Cr热处理后的金相组织分析6.1正火热处理 正火是加热、保温后在空气中冷却, 其冷却速度比炉冷快, 珠光体转变温度低, 因此正火后获得的珠光体比退火后的珠光体更细一些, 并用3 % 4 % 硝酸酒精进行腐蚀，得到正火的金相组织应为铁素体和珠光体组织。作用：正火工艺作为预先热处理工艺，目的是均匀组织、细化晶粒、改善切削加工工艺性能，为最终调质做好组织准备。40Cr正火后的金相组织示意图如图3所示。图3 40Cr钢正火后的组织(4% 硝酸酒精)6.2调制处理调质热处理是淬火加高温回火, 其室温组织为回火索氏体。作用：淬火是为了得到马氏体组织，以便通过回火使工件获得良好的使用性能。高温回火处理时，针对40Cr钢回火后慢冷易产生第二类回火脆性的特点，钢件回火后的冷却方式应选择油冷，而不是空冷。钢件经油冷后，所产生的热应力小、韧性好。经过调质处理，工件可获得综合力学性能良好的回火索氏体组织，保证了钢件的强韧性40Cr钢没有经过热处理的组织为珠光体, 并用4% 硝酸酒精进行腐蚀，得到的金相组织为回火索氏体，40Cr 调质热处理后的组织示意图如图4所示。图4 40Cr钢调制后的组织7 结语通过对不同热处理试样的冲击值、硬度值的检测, 得到正火后40Cr 试样的硬度值比退火后试样的硬度值稍微偏高, 油淬试样的硬度低, 同时硬度值低于40Cr 调质钢;从金相显微组织来看,正火40Cr 钢的组织为铁素体和珠光体, 调质热处理40Cr 钢的组织为回火索氏体, 因此得出40Cr 钢经调质处理后有较高的硬度、强度和比较好的韧性,就是具有良好的综合机械性能。参考文献1 翟忠圻. 金属学与热处理M . 北京: 机械工业出社,1995.2 王广生. 金属热处理缺陷分析及案例M. 北京: 机械工业出版社，2002.3 石德珂. 材料科学基础M. 北京: 机械工业出版社，2002.4 高为国. 机械基础实验 M . 华中科技大学出版社,2006.5 傅璞. 40Cr 热处理工艺及其组织性能J . 机械工程与自动化,2005 (5) :110 - 114.6 林德成. 金属材料金相图谱M.北京: 机械工业出版社，2