某零件热处理畸变控制工艺研究

第1期总第131期NO1SUMNO13I机械管理开发MECHANICALMANAGEMENTANDDEVEL0PMENT2013年2月FEB2013某零件热处理畸变控制工艺研究王瑞栋，孔方桂，高志红，魏垣伟山西E方机械制造有限责任公司，山西太原030009摘要针对影响热处理畸变因素采用多因素归纳分析法和热处理前后工序尺寸数据统计比较法，找出了影响热处理畸变的因素和热处理畸变规律。通过采取加严控制热处理工艺参数、减少热处理畸变，并在热处理前调整加工尺寸。补偿热处理畸变等措施，解决了零件的热处理变形；同时对已产生变形的零件，通过设计热校正工装，实施热压力校正，对因畸变而尺寸超差的零件进行纠正。关键词最终热处理；畸变；控制措施中图分类号TG1627文献标识码A文章编号1003773X2013O10069020引言在机械加工工艺流程中，热处理工序始终穿插在加工工序的整个过程中，而成品零件的最终热处理，其目的是满足产品图样最终热处理技术要求，热处理后基本不再进行后续的大切削量加工，而仅对配合面进行磨削加工和主要配合尺寸修磨加工。因而减小和控制成品零件终热处理畸变是热处理工序过程中需考虑的一个重要问题。国外有文献列出了26种因素，77个因子影响热处理畸变，可以想到，采用质量管理中的归零法分析其原因，即找到影响其畸变的单一因素是非常困难的。本文采用了综合法将影响工件热处理畸变的因素全部考虑在内进行分析，对热处理的各个环节中参数逐一加以考虑，采用微观分析法，宏观控制热处理工艺参数，降低热处理畸变。1零件概述11零件材料及热处理技术要求零件材料为45CRNIMOVA，形状如图1所示，热处理技术要求为分别在尺寸20MM和90MM区域内进行局部热处理，硬度要求分别为5560HRC和4550HRC。12工艺方法与问题描述121热处理工艺零件的加工工艺路线锻造一去应力退火打磨分模线探伤一毛坯调质热处理一机加工一成品件局部热处理一机加工及钳工一交验。如图1，尺寸90MILL区域采用盐浴炉局部加热淬火热处理，温度86010OC，保温时间57MIN，油冷，油温75；尺寸20MM区域采用高频感应加热淬火热处理，180220回火。122问题描述经高频感应加热淬火后，部分零件在尺寸处发生变厚现象；而在盐浴炉热处理淬火部位畸变情况为尺寸处，向下翘曲；尺寸20。20处左右方向变形。2热处理畸变原因分析及解决措施21毛坯组织状态211毛坯组织状态的影响钢材的冶金因素，如晶粒度、非金属夹杂、带状组I14LIR_1图1零件热处理技术要求示意图织等对工件的畸变都有影响。原始组织不均匀，如带状碳化物、碳化物偏析等缺陷，会造成工件各向力学性能不一致，横向强度、塑性比纵向强度、塑性低；原始组织为片状珠光体，淬火畸变最大，而粒状索氏体变形最小，因此，要使淬火工件畸变最小，就应设法获得均匀分布的细粒状索氏体组织2。212改善毛坯组织状态的解决措施合金钢的铸件、轧、锻的正火，主要用于改善冶金及热加工过程中造成的某些组织上的缺陷，为最终热处理前做组织准备P。为均匀和细化组织，增加调质热处理前正火，起减少热处理畸变的作用。22钢材淬透性和组织转变量221钢材淬透性和组织转变量对畸变的影响当工件完全淬透，整体呈马氏体时，淬火前后的体积差达到最大，如果只淬透一半，即体积的一半淬火成马氏体，而另一半为珠光体组织，则淬火前后的体积差将比前者小一倍，因此，淬透性愈小，淬火畸变也愈小。抽筒子材料为45CRNIMOVA，其淬透性很高，所以如果完全淬透，其畸变量必然增大。222降低材料淬透性的措施根据上述理论基础，该工件采用45CRNIMOVA材收稿日期20120913作者简介王瑞栋1967一，男，山西平定人，工程师，学士，主要从事机械加工的技术工作。69第1期总第131期机械管理开发2013年2月料，相对尺寸较小是很容易完全淬透的。为降低其淬透性，可通过降低淬火温度和减少保温时间的方法降低工件的淬透性，以达到既满足零件技术要求又减少淬火畸变的效果。2221淬火工艺控制45CRNIMOVA材料的组织转变温度为860_1OOC，本工艺采用工艺温度范围的下限，控制到850一一860OC；保温时间由原工艺的均温保温12MIN，改为均保温7MIN；增加控制热处理预冷时间2528S。目的是降低高温冷却转变速度，减少马氏体转变量，降低热应力和组织应力的作用，以达到减小工件淬火变形的目的。2222淬火油温控制如图2所示，根据连续冷却转变C曲线图，最佳的淬火冷却速度是在曲线的鼻尖处要快速冷却，防止产生非马氏体组织；在MS点以下时，要减缓冷却速度，可降图2连续冷却转变曲线示意图低变形开裂的倾向。油温越高，油的粘稠度越小，冷却速度越快。在淬火时，油温往往随冷却时间的延长而升高，越到马氏体转变区冷速越快，为减小MS点以下的冷速，控制油温50OC。同时每淬一炉进行搅拌，提高各部位油温均匀性，起到减小零件畸变的作用。23工件加热和冷却均匀性231增加工件加热和冷却均匀性的作用在加热和冷却过程中，工件表里及工件各部位温度均匀，可以减少热胀冷缩和组织转变不一致产生的应力，从而减少热处理畸变。232增加工件加热和冷却均匀性的措施1淬火前增加预热。预热目的是缩短工件与目标温度的温差，减少工件在高温盐浴炉停留时图3工件淬火夹具图间；均匀释放机加过程中产生的内应力；减少工件升温过程中的内外温差。2设计淬火用吊装夹具，均匀零件温度。如图3所示，利用淬火夹具，将装炉量控制在4件，目的是可以稳定控制工艺参数，热处理工艺便于严密设计参数；另一方面主要在于在淬火加热和冷却过程中，使盐浴和淬火液流动稳定，使工件均匀加热和冷却，起到减少畸变的作用。3采取其它措施提高合格率31机加与热加工工序结合通过对机械加工前后尺寸数据实测，并进行统计分析，找出畸变规律。采取热处理前进行机械加工尺寸公差带调整，并适当预留加工余量，以补偿热处理变形。32设计校正工艺与夹具纠正畸变超差工件对因热处理超差变形件，增加热处理辅助_T序进行热校正。校正工艺为预热F32010OC，保温3040MIN，直接转入校正工装进行热校。图4为热校正夹具。4结束语1一垫块；2一底座；3工件1对于在热处理过程1T14工件校正夹具影响因素多、且难以具体确定影响因素的工件，采用微观分析宏观控制措施，使工件畸变势力无力发挥。2通过增加加热和冷却过程的平衡理论，如设计吊装工装，均匀淬火冷却介质等工艺措施，减少热处理畸变形成的潜在力量，减少畸变影响因素。3生产过程_T序间的协调是不应忽视的工艺方法，上道工序必须为下道工序提供方便，使工件最终满足产品技术要求。采用调整机械加工公差带的方法，达到减少热处理畸变的目的是机械行业中不可缺少的工艺方法之一。4热处理畸变后，采用校正方法进行纠正，是提高产品合格率的工艺措施，是形成热处理畸变后杜绝废品率不可缺少的一道工序。参考文献L】陈国民对齿轮热处理畸变控制技术的评述【J】金属热处理，2012，373113【2】李泉华热处理实用技术【M北京机械工业出版社，200625【3】安运铮热处理工艺学M】北京机械工业出版社，198261PROCESSESINVESTIGATIONOFLITDISTORTIONCONTROLLINGFORSOMECOMPONENTWANGRUIDONG，KONGFANGGUI，GAOZHIHONG，REIHENWEISHANXINORTHMACTINERYMANUFACTURINGCO。LTD，TAIYUAN030009，CHINAABSTRACTTHEMULTIFACTORINDUCTIVEANALYSISMETHODONWHICHINFLUENCEHEATTREATMENTDISTORTIONANDTHESTATISTICALCOMPARISONMETHODBYWHICHARECOMPAREDSERIALDIMENSIONSBEFOREANDAFTERHEATTREATMENTPROCESSAREUSEDINTHISARTICLETHEMULTIFACTORINFLUENCINGONHTDISTORTIONANDITSREGULARITIESAREFOUNDOUTANDSTRICTPARAMETERINHEATTREATMENTPRESSESISUSEDTOREDUCEHTDISTORTION，ANDMEANWHILETHEMETHODOFCOMPENSATINGHTDISTORTIONTHROUGHADJUSTINGMACHININGDIMENSIONISTAKENTORESOLVEDISTORTIONPROBLEMFINALLYSIMULTA