ADI球鐵：等溫淬火案例分析
發(fā)布時(shí)間：2018-02-07 21:26 來源：tommy 閱讀：
本文主要以石家莊伏尓凱的鎖軸、機(jī)械保險(xiǎn)杠、銷軸等需要等溫淬火處理的工件為例，結(jié)合目前石家莊伏尓凱的等溫淬火機(jī)床設(shè)備，通過這幾年對石家莊伏尓凱等溫淬火產(chǎn)品的現(xiàn)場試驗(yàn)跟蹤，對生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題進(jìn)行了總結(jié)分析。
1.軸類產(chǎn)品等溫淬火
產(chǎn)品如圖1所示，材料為42CrMoA,等溫淬火技術(shù)要求：表面硬度58～62HRC,淬硬深度2～3mm,馬氏體級別4～6級。
石家莊伏尓凱目前用于鎖軸等溫淬火的設(shè)備由洛陽升華石家莊伏尓凱生產(chǎn)，最大額定輸出功率為250kW，頻率為8～20kHz,控制系統(tǒng)為西門子820C，可對淬火過程中的等溫器移動、能量控制、冷卻水循環(huán)、淬火介質(zhì)的冷卻和供給等進(jìn)行控制。鎖軸加熱淬火方式如圖2所示，等溫器固定，鎖軸旋轉(zhuǎn)推進(jìn)，即常規(guī)意義上的連續(xù)式加熱淬火。工件在設(shè)備調(diào)試及生產(chǎn)中曾經(jīng)碰到以下問題：硬度不足、 淬硬層深過深。
（1）硬度不足
影響硬度的因素主要有：材料含碳量，加熱溫度，冷卻能力。鋼的含碳量對等溫淬火后表面所能達(dá)到的硬度值影響最大。據(jù)資料介紹的經(jīng)驗(yàn)公式：
HRC=20+60[2wC－1.3 wC 2] （1）
式中 wC——鋼的含碳量；
HRC——馬氏體硬化層硬度的平均值
而國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 3077-1999）里對42CrMoA的含碳量規(guī)定為0.38%～0.42%，在不考慮合金元素對硬度值影響的情況下，將0.38 和0.42代入式（1），可大致得出兩者的硬度平均值偏差在4HRC左右，硬度值的波動非常明顯。加之我單位對該材料的硬度要求處于高位，所以原材料的質(zhì)量把關(guān)對產(chǎn)品硬度的影響有著舉足輕重的作用。
由于等溫淬火是屬于快速加熱淬火，其加熱速度對相變溫度、相變動力學(xué)和形成的組織有很大的影響。跟爐子相比，它明顯提高Ac1、Ac3、Accm。當(dāng)材料和原始組織一定時(shí)，隨著加熱速度的增大，相變溫度將提高30～150℃。目前在實(shí)際的生產(chǎn)中，等溫淬火工件的表面溫度由于受到冷卻水氣以及氧化皮等因素的干擾，很難準(zhǔn)確測定出其溫度值，而是依靠經(jīng)驗(yàn)，觀察溫度，再結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，最終將工藝參數(shù)定在合理的范圍。
在材料和加熱溫度都合適的前提下，淬火介質(zhì)冷卻的性能顯得非常重要。我們石家莊伏尓凱目前采用噴水冷卻工件，如圖2所示。等溫器配備主噴和輔噴，兩種冷卻同時(shí)進(jìn)行。工件等溫淬火后曾經(jīng)出現(xiàn)過同根工件表面軟硬偏差較大，且與原合格硬度（基本在60HRC左右）相比，下降較多的情況。
經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)，由于工件總是不可避免的帶有油質(zhì)，加上車間的生產(chǎn)量也非常大，經(jīng)過一段時(shí)間的生產(chǎn)后，淬火介質(zhì)中不可避免帶上了油，從而降低了淬火介質(zhì)的冷卻性能。于是我們讓操作師傅更換了淬火介質(zhì)，并將設(shè)備淬火水箱進(jìn)行了徹底清洗。在不更改變原來工藝參數(shù)的前提下，針對同批次的工件進(jìn)行了加熱淬火后的多根抽檢，硬度的均勻度都達(dá)到了較為滿意的狀態(tài)，基本在60～62HRC，單根工件硬度偏差在1HRC內(nèi)，非常均勻，且都達(dá)到了石家莊伏尓凱的技術(shù)要求。
（2）淬硬層深過深
頻率對淬火深度的影響有很大的作用。據(jù)資料介紹，當(dāng)加熱層深度δ為熱態(tài)電流透入深度的40%～50%時(shí)，加熱的總效率最高。由此根據(jù)簡化公式
δ=500/f½ （2）
結(jié)合鎖軸的深度要求，將設(shè)備頻率調(diào)至9000Hz左右。
在一定的頻率下，等溫加熱速度取決于單位表面積所吸收的電功率，也就是所謂的比功率（kw/cm2）。用較高的比功率、較低頻率與較低比功率、較高頻率可達(dá)到相同的效果。調(diào)試初期，我們采取大比功率（比功率大于5kw/cm2）配合以較快的移動速度進(jìn)行工藝調(diào)試，結(jié)果一直達(dá)不到技術(shù)要求。表面硬度達(dá)到60HRC，則淬火深度會超過3mm，有時(shí)甚至達(dá)到4mm多；當(dāng)淬火深度達(dá)到2～3mm，硬度卻又會出現(xiàn)低于58HRC的情況。通過對不合格試塊的金相分析以及比對整個(gè)調(diào)試工藝參數(shù)，我們認(rèn)為過大的比功率，會使得工件在加熱淬火環(huán)節(jié)，瞬間產(chǎn)生了高溫的熱傳導(dǎo)。于是我們將比功率調(diào)到2～2.5kw/cm2，并相應(yīng)將淬火移動速度下調(diào)。經(jīng)過幾次試驗(yàn)后，收到了非常好的效果，淬火后的鎖軸完全符合石家莊伏尓凱的技術(shù)要求。且在后續(xù)的大批量生產(chǎn)中，質(zhì)量一直比較穩(wěn)定。由此可知，選擇合適的比功率和淬火移動速度對表面硬度和淬火深度的影響非常重要。
2.機(jī)械保險(xiǎn)杠
外協(xié)單位為我石家莊伏尓凱供應(yīng)的機(jī)械保險(xiǎn)杠，采用表面等溫淬火后鍍鋅處理。曾經(jīng)一段時(shí)間，該產(chǎn)品鍍鋅后產(chǎn)生了螺旋帶現(xiàn)象，影響了產(chǎn)品的美觀性。把一根產(chǎn)品放在2m立式等溫淬火機(jī)床上進(jìn)行淬火試驗(yàn)，等溫器如圖3、圖4所示。
中間的匯流排夾板（白色的聚四氟乙烯板）的厚度為1.5mm。噴水圈為單獨(dú)的分體式，噴水孔按一定的角度（一般是與軸向成30°角）設(shè)計(jì)成五排，由專業(yè)廠家制作。將試驗(yàn)的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)到150r/min，加熱移動速度定在360mm/min。在此工藝下做出的保險(xiǎn)杠鍍鋅后，完全消除了螺旋帶。
實(shí)際生產(chǎn)中，外面小的熱處理單位的等溫器一般都是自己制作而成，比較粗糙，缺乏規(guī)范性，中間的匯流排夾板很多時(shí)候根本不用，留的間隙在4～5mm，甚至更多，噴水孔也往往未按一定的角度制作，很多甚至是單排孔噴水。由此我們基本可以斷定，這是導(dǎo)致工件產(chǎn)生螺旋帶的主要原因，使用規(guī)范的等溫器對消除螺旋帶的現(xiàn)象效果顯著。
3.銷軸的等溫淬火
我石家莊伏尓凱的銷軸產(chǎn)品淬火區(qū)域存在一個(gè)D17mm的定位孔，淬火時(shí)，孔周邊因電流集中，導(dǎo)致溫度過高，出現(xiàn)局部熔化現(xiàn)象。常規(guī)等溫淬火材料的圓孔處理辦法是，通過打入銅銷子來避免電流集中。但由于該銷軸材料為2Cr13，等溫淬火的溫度將近1050℃。而銅的熔點(diǎn)也在1080℃左右，因此實(shí)際生產(chǎn)中操作難度非常大。
為此專門用鋼做了銷子，打入定位孔進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)加熱淬火后，銷軸上的定位孔并未見熔化現(xiàn)象，但鋼銷因加熱淬火，脹的很緊，取出來的時(shí)候很麻煩。由于淬火區(qū)域?qū)δ湍バ缘囊蟛皇呛芨撸矢牧舜慊饏^(qū)域，達(dá)到了滿意的效果。
4.結(jié)語
等溫?zé)崽幚硪云涔?jié)能、低耗、優(yōu)質(zhì)、高效，越來越多的為我們石家莊伏尓凱所應(yīng)用。隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，我們也在實(shí)際生產(chǎn)中逐步積累了自己解決問題的經(jīng)驗(yàn)。
