【摘要】本文介紹用網帶爐對35CrMnSiA薄壁零件淬火，對零件變形引起的尺寸超差原因進行了試驗與分析并采取了相應的措施。結果表明：采用Y35-II等溫分級淬火油冷卻介質和熱處理前零件的壁厚差尺寸控制，可以得到淬、回火后零件的尺寸滿足技術要求。
【關鍵詞】網帶爐；變形；冷卻介質
1 前言
網帶爐八十年代初引進我國。網帶爐因其操作簡單，使用方便，可以連續工作，生產效率高而得到迅速發展，已在許多領域被廣泛使用。我廠用網帶爐對關鍵零件本體進行淬火，本體零件是薄壁零件，壁厚只有2mm，對淬、回火后的變形要求較嚴。本體零件淬、回火后出現尺寸變形超差比例較大，如果不解決零件尺寸變形超差問題，將勢必影響產品的質量和生產成本。為此，我們對影響零件變形的因素如加熱參數、冷卻介質等進行分析及試驗，從中找到減少變形的方法。
2 試驗條件及技術要求
2.1 試驗條件
試驗設備：RC9型網帶爐；零件材料：35CrMnSiA；零件見附圖。
2.2 技術要求
零件進行少氧化加熱，零件的變形要求∮34.8+0.02+0.18孔橢圓度≤0.15mm，淬、回火后硬度為50-55HRC(Z101C)。
3 冷卻介質、工藝參數及壁厚差對變形的影響
3.1 冷卻介質對變形的影響
用等溫分級淬火油及機械油兩種冷卻介質作對比試驗。
3.1.1 工藝方法
網帶爐三區加熱：第一區溫度是550℃；第二區溫度是800℃；第三區溫度是910℃。淬火網帶運行速度55-65mm／min。冷卻提升網帶速度800-1200mm／min。采用甲醇作為保護氣氛；采用Y35-II等溫分級淬火油冷卻介質，淬火油溫度90℃；10號機械油，淬火油溫度50℃。
試驗零件數量各200件，零件加熱時豎立在網帶上，間距30-40mm。
3.1.2 試驗結果
網帶爐淬火后經180℃3小時回火，零件硬度在50-55HRC范圍內；零件的∮34.8+0.18孔橢圓度如表1和表2。
|
表1 200件本體零件∮34.8+0.18孔橢圓度(等溫分級淬火油)
|
|
橢圓度
|
0.01-0.03mm
|
0.04-0.10mm
|
0.11-0.15mm
|
>0.15mm
|
|
數量(件)
|
27
|
131
|
28
|
15
|
|
表2 200件本體零件∮34.8+0.18孔橢圓度(機械油)
|
|
橢圓度
|
0.01-0.03mm
|
0.04-0.10mm
|
0.11-0.15mm
|
>0.15mm
|
|
數量(件)
|
2
|
59
|
81
|
58
|
3.1.3 試驗分析
從試驗結果可以看出：用Y35-II等溫分級淬火油作冷卻介質比10號機油作冷卻介質有著明顯減少零件尺寸變形效果。10號機械油冷卻特性在高溫階段蒸氣膜時間較長，開始對流溫度低，高溫冷卻速度不高，且低溫冷卻較慢。Y35-II等溫分級淬火油冷卻特性在高溫階段蒸氣膜時間短，開始對流溫度高，高溫冷卻速度高，且低溫冷卻較慢。由于兩者的高溫階段冷卻特性不同，從而引起淬火應力的不同及變形的差異，Y35-II等溫分級淬火油對減少本體零件變形有著明顯作用。經批量生產試驗仍有一定比例的變形大于0.15mm，為此對其它因素的分析和試驗有著一定的意義。
注意：等溫分級淬火油在使用前必須加熱到120-140℃保溫循環3-5天。
3.2 工藝參數對變形的影響
在加熱及冷卻工藝參數范圍內用9組進行對比試驗，每組零件100件。冷卻介質為Y35-II等溫分級淬火油。9組工藝參數如表3。
|
表3 對比試驗的工藝參數
|
|
組號
|
第一區溫度℃
|
第二區溫度℃
|
第三區溫度℃
|
油溫℃
|
|
1
|
550
|
790
|
900
|
110
|
|
2
|
550
|
790
|
910
|
100
|
|
3
|
550
|
800
|
890
|
110
|
|
4
|
550
|
800
|
910
|
90
|
|
5
|
550
|
810
|
900
|
90
|
|
6
|
550
|
810
|
890
|
100
|
|
7
|
550
|
790
|
890
|
90
|
|
8
|
550
|
800
|
900
|
100
|
|
9
|
550
|
810
|
910
|
110
|
淬火后經160-180℃，2.5-3小時回火，零件硬度在50-55HRC范圍內，零件的∮34.8+0.02+0.18孔橢圓度如表4。表4結果顯示每組都有5-8件尺寸變形超差0.15mm，每組變形超差在0.11-0.15mm及0.04-0.10mm的比例相差不大。在工藝范圍內調整工藝參數對變形的影響較小。
|
表4 工藝對比試驗數據
|
|
橢圓度
|
1號組件數
|
2號組件數
|
3號組件數
|
4號組件數
|
5號組件數
|
6號組件數
|
7號組件數
|
8號組件數
|
9號組件數
|
|
0.01-0.03mm
|
21
|
21
|
24
|
20
|
19
|
18
|
21
|
21
|
19
|
|
0.04-0.10mm
|
61
|
59
|
58
|
63
|
59
|
63
|
62
|
59
|
62
|
|
0.11-0.15mm
|
12
|
13
|
12
|
11
|
14
|
12
|
12
|
13
|
11
|
|
>0.15mm
|
6
|
7
|
6
|
6
|
8
|
7
|
5
|
7
|
8
|
3.3 零件壁厚對變形影響
對表4橢圓度>0.15mm的零件進行壁厚差檢測，發現零件最大的壁厚差是0.13mm，最小的壁厚差是0.06mm。零件壁厚尺寸存在較大差異。零件變形是冷卻過程中產生的內應力也就是熱應力組織應力相互作用而形成的。零件壁厚尺寸的不一致導致零件壁厚部分組織轉變形成組織應力較大，零件壁薄部分組織轉變形成組織應力較小；零件壁厚部分冷卻速度較慢，零件壁薄部分冷卻速度較快，從而形成了零件各部分熱應力也不同。零件壁厚不同形成淬火后的熱應力和組織應力不同，零件的各部分變形不一致而引起零件尺寸的變形超差，因此控制零件壁厚尺寸的大小，對零件熱處理后的尺寸變形有著重要的影響。
4 措施及效果
經過分析和比較認為：冷卻介質是影響本體零件變形的主要因素，而壁厚差也是影響本體零件變形的重要因素。采用Y35-II等溫分級淬火油作為冷卻介質及對熱處理前本體零件的壁厚差控制在0.06mm范圍內，對減少零件變形超差有著較好的作用。滿足上述條件，用200件零件進行了淬回火，檢測數據表明零件變形超差只有2%-3%，隨后又進行了多批次零件淬回火，結果零件變形超差也只有2%左右。目前，本體零件熱處理的質量比較穩定，滿足了產品生產與技術的要求。
5 結論
35CrMnSiA本體零件變形超差主要因素是冷卻介質和零件的壁厚差。
解決35CrMnSiA本體零件變形超差有兩個有效措施是：
1)采用Y35-II等溫分級淬火油作為冷卻介質；
2)熱處理前本體零件的壁厚差控制在0.06mm范圍內。
|
