顧勇

（無錫威孚高科技集團(tuán)股份有限公司）

燃油噴射系統(tǒng)的產(chǎn)品中有許多重要零件都是采用軸承鋼材料進(jìn)行熱處理光亮淬火，以獲得較高的硬度，較好的耐磨性。目前我公司軸承鋼零件光亮淬火常常是在VKES4/1愛協(xié)林箱式多用爐生產(chǎn)線中進(jìn)行，由于采用了可控氣氛保護(hù)下淬火，零件淬火后的表面脫碳、硬度不均、軟點(diǎn)得到了有效的控制，提高了工件的性能。但零件的畸變往往得不到有效控制，本文闡述了軸承鋼零件多用爐熱處理光亮淬火時(shí)畸變的原因，針對影響因素進(jìn)行了分析，并提出了減少畸變的措施。

1.淬火畸變原因分析

軸承鋼零件在箱式多用爐淬火的動(dòng)作流程是：零件在加熱室中完成加熱、保溫后，由進(jìn)出料機(jī)構(gòu)拉至多用爐前室的淬火料臺上，料臺和零件向下落入淬火油槽，此時(shí)油槽中的攪拌風(fēng)機(jī)開始起動(dòng)，零件在油中淬火冷卻后，完成淬火全過程，由加熱時(shí)的奧氏體組織轉(zhuǎn)變馬氏體組織，如圖1所示。

由于零件的應(yīng)力變化較為復(fù)雜，畸變機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜。零件在加熱和冷卻過程中，截面受熱和降溫的不同步而形成溫度梯度（或稱溫度場），產(chǎn)生組織應(yīng)力和熱應(yīng)力（或稱內(nèi)應(yīng)力場）。應(yīng)力的疊加常常超過零件的屈服強(qiáng)度，使零件畸變；淬火前機(jī)加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，在加熱過程中應(yīng)力的松弛也能導(dǎo)致零件的畸變；零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度不對稱、厚薄不均勻、組織不均勻等，都能引起畸變，無規(guī)律淬火畸變的產(chǎn)生過程如圖2所示。

常見的畸變有內(nèi)、外徑的增大或縮小以及長度方向的伸長或縮小，也稱體積畸變。另外一種畸變是橢圓（直徑變動(dòng)量Vdp、VDp）、翹曲（平面度、跳動(dòng)）超差以及內(nèi)外徑收縮不一致而產(chǎn)生的錐度（俗稱喇叭）。種類型可能通過對零件在淬火前后的尺寸變化規(guī)律分析，來調(diào)整或補(bǔ)償淬火前的相關(guān)尺寸，使Z終尺寸符合要求。如果調(diào)整合適，這類畸變不會(huì)影響Z終尺寸。后一種類型比較復(fù)雜，不能通過上述方法來得以解決，只能通過熱處理后的機(jī)加工補(bǔ)充磨削量才能解決，雖然這需要增加成本。

2.影響因素及減少畸變的措施

影響軸承鋼零件可控氣氛多用爐淬火畸變的原因很多，主要有：零件的結(jié)構(gòu)、尺寸大小、形狀、毛坯的原始狀態(tài)、淬火前的機(jī)加工的狀態(tài)、熱處理裝夾的擺放方式、加熱溫度和保溫時(shí)間、油溫、油的冷卻性能、循環(huán)和攪拌等，下面就熱處理相關(guān)的主要因素進(jìn)行說明。

（1）零件的原始狀態(tài)

零件的原始狀態(tài)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：零件的退火組織的均勻性和應(yīng)力狀態(tài)。

軸承鋼熱前一般采用球化退火的工藝手段，目的就是要改善組織，提高切削性能，為Z終熱處理作準(zhǔn)備。退火組織的均勻性是指鍛造或其它原因會(huì)造成零件的退火組織不均勻，如碳化物顆粒大小及分布不均勻，存在片狀碳化物等。在淬火過程中，這種不均勻，會(huì)造成加熱后整個(gè)零件的碳含量不均勻，淬火時(shí)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度不一致；同時(shí)奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)體積膨脹量不同，宏觀上造成零件的畸變，因此，在退火時(shí)就應(yīng)該嚴(yán)格按退火規(guī)范操作，退火后的組織應(yīng)得到碳化物顆粒均勻細(xì)小的組織，從而減少畸變。

殘余應(yīng)力狀態(tài)是指零件的毛坯成型過程中，如果機(jī)加工的進(jìn)刀量過大，或采用冷輾成型，則在成型后零件中就會(huì)存在著較大的殘余應(yīng)力，在以后的加熱過程中應(yīng)力的松弛導(dǎo)致零件的畸變。這種應(yīng)力的變化是復(fù)雜的，如：毛坯件采用沖壓或線切割加工的長型薄壁鋼管，其彎曲變形方向就相反。所以，毛坯成型過程中，需對機(jī)加工的進(jìn)刀量或冷輾成型工藝進(jìn)行控制，并要固化下來，盡可能減少殘余應(yīng)力，也可在淬火前增加一道工序，及時(shí)去應(yīng)力。

（2）淬火的加熱溫度和加熱時(shí)間

采用提高淬火的加熱溫度和延長加熱時(shí)間可使奧氏體化的過程中有更多的碳化物溶入到奧氏體中，增加了馬氏體與奧氏體的比容差和零件的體積膨脹，從而增大了淬火時(shí)的組織應(yīng)力。淬火前后組織比容變化差和殘余奧氏體量的多少與鋼的淬透性等因素有關(guān)。而這些組織成份很大程度上取決于淬火冷卻的工藝，因此，淬火介質(zhì)的合理選用也是控制比容及變形的重要一環(huán)。此外，淬火加熱溫度也使得淬火熱應(yīng)力增加。組織應(yīng)力和熱應(yīng)力的增大必將產(chǎn)生大的淬火畸變。如：PW2000的柱塞將淬火溫度從845℃提高至860℃淬火時(shí)，平均跳動(dòng)增加0.018mm。有關(guān)資料指出：適當(dāng)縮短淬火保溫時(shí)間、減少裝爐量可減少零件的畸變，所以，在滿足硬度和金相組織的前提下，應(yīng)盡可?采用較低的淬火加熱溫度、較短的保溫時(shí)間。

（3）零件的裝爐方式及裝爐量

零件在奧氏體化加熱時(shí)，一方面體積受熱膨脹，另一方面高溫下零件強(qiáng)度低，在自重的作用下也會(huì)發(fā)生畸變，柱塞和柱塞套的Z佳裝爐方式是合理設(shè)計(jì)工裝，將零件分層豎直排放，零件間要留有一定間隔，均勻放豎零件，以便受熱均勻，冷卻均