渗碳淬火变形分析

本文探讨了在渗碳淬火过程中对淬火变形产生影响的各方面因素。主要有装料方式、毛坯质量、淬火油选用、渗碳温度、淬火温度和升温速率。通过对影响因素的讨论,进一步探索如何减小淬火变形。最后对具体渗碳工艺进行举例。

1 淬火变形影响因素

淬火变形主要是由于淬火过程中零件产生应力导致,影响变形因素较多。通常认为,热处理后零件精度降低两级。为了减小变形,通常的思路是减小在热处理过程中温度升降速度、适当降低热处理温度等,以减小零件热应力。例如预热工序,主要目的就是减小升温时的温度梯度,使工件能够相对缓慢均匀地加热至渗碳温度。在渗碳保温时,可以将温度适当降低(如930℃降至920℃)。淬火过程中,可以使用慢速淬火油,分级淬火,降低搅拌速度等方式。这些都有助于减小淬火变形,但是淬火变形并不仅限于在热处理工艺中进行改善。淬火变形如果具有一定规律性,则可以在机加过程中做出适当调整,弥补淬火变形。零件尺寸精度要求较高时,还可以通过磨齿来提高其精度。当零件结构比较复杂时,容易使淬火变形规律不明显,这时解决变形问题难度就较大。根据对淬火变形影响因素的分析,可以从不同方面采取不同手段对其进行控制。

1.1 装料方式

平装零件平面度较差而串装零件椭圆度较差。除零件的变形外,料盘长时间使用后也会发生变形,严重变形的料盘不能继续使用。为提高料盘使用寿命,装载量选择应合适,并且每次使用时翻转料盘,改变其受力面。选择装料方式时,应按照零件的技术要求和实际生产情况来进行。

1.2 毛坯质量

毛坯的热处理质量和材料质量对于零件的最终热处理质量非常关键。这一方面的问题也是在轴齿中心实习期间了解过程中反应最多的问题。因为无论机加工质量、渗碳热处理工艺等都可以进行调整,且质量偏差不会太大。但由于毛坯正火不合格、材料稳定性差等因素导致的产品质量问题,既无法预知也基本没有补救的方法。

1.3 淬火油选用

淬火油在能够保证产品硬度的前提下,应尽量选择有助于减小淬火变形的淬火油。这也是相类似的淬火油不能简单互相替换的原因。对于同种产品,使用不同品牌或型号的淬火油,可能在层深和硬度方面都能够达到要求,但是淬火变形则难以保证相同。这样对于大批量生产的产品,就难以保证其质量稳定性。

1.4 渗碳温度

渗碳温度高,一方面零件升温时温度梯度加大,另外在加热保温过程中,强度也相应降低。既增加了热应力,又降低了零件本身抵御变形的能力。因此,尽管渗碳温度升高有助于渗碳过程,该温度也应控制在合理范围内。如果发现淬火变形较大,可以适当降低渗碳温度。渗碳温度调整范围较小,一般不超过20℃。

1.5 淬火温度

淬火温度是指渗碳与扩散过程结束后,在淬火前零件的温度。这一温度一般低于渗碳温度。在淬火过程中,零件从高温快速冷却至淬火油温,此时对变形的控制主要在于冷却时均匀降温,避免零件上不同部位温差过大。

1.6 升温速率

零件首先进入预氧化炉并被加热至400℃左右,随后进一步加热至渗碳温度(910℃以上)。在预氧化炉中,零件并非随炉冷态升温,而是直接进入设定温度的炉内。一般预氧化炉设定温度不超过450℃,这样在进入预氧化炉以前和预氧化结束进行渗碳时加热温度梯度都不是太高,能够保证其不发生较大变形。

2 渗碳淬火变形技术要求

渗碳淬火控制淬火变形主要采用压淬方式。压淬后对椭圆度、平面度进行测量,不合格零件需返工重新压淬。但是零件只能返工一次,仍不合格的零件作为废件处理。压淬只能保证椭圆度和平面度,对于齿形齿向的变形无法矫正。对于尺寸精度要求较高的零件,可以通过磨齿保证精度。磨齿加工时应留有0.10mm的加工余量,也即淬火变形不能超过机加余量范围。

桥齿被动齿轮渗碳淬火工艺比较成熟,设备均为自动化生产设备,参数设定后工艺稳定,操作者影响因素小。淬火变形不合格的情况大多是由于齿坯正火工艺不合格或材料稳定性差导致。正火工艺不合格情况主要是正火时间短,组织转变不充分,导致零件内部均匀性差,在热处理过程中热应力分布不均匀而变形。材料本身稳定性差也会导致热处理中的变形超差或变形无规律。对于箱齿零件,尺寸较小,相应变形度要求较高。