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1實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)用閥片材料為65Mn鋼，其成分為：0.69C，0.22Si，1Mn，0.024P，0.013S，0.06Cr，0.02Ni，0.09Cu。閥片的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該閥片經(jīng)過(guò)一次沖壓成型，閥片的厚度為0.4mm。生產(chǎn)中要求熱處理后閥片的全部表面光滑平整，且圖1中箭頭A所指的平面平行于箭頭B所指的平面，圖中C位置是個(gè)凹槽，設(shè)計(jì)模具時(shí)要躲開(kāi)此凹槽。根據(jù)風(fēng)扇離合器散熱系統(tǒng)的使用要求，閥片還要保證具有足夠的彈性和硬度，尤其是圖1中D箭頭所指的接口處要有很好的彈性。這就要求閥片必須經(jīng)淬火加回火處理，且熱處理后的組織為回火屈氏體和回火索氏體，硬度要求HRC48-53。圖1彈簧閥片示意圖首先根據(jù)閥片的形狀設(shè)計(jì)并制作防止閥片變形的熱處理模具。根據(jù)閥片形狀和使用性能要求，設(shè)計(jì)圖2所示的模具，模具由上模和下模構(gòu)成。模具材料選擇45鋼，模具厚度為10mm，表面光滑度為6.4。根據(jù)閥片的尺寸，該模具的設(shè)計(jì)躲開(kāi)了圖1中箭頭C所指的凹槽。模具的中心通過(guò)Φ8mm的螺栓把上模和下模夾緊。模具對(duì)稱角的部位用兩個(gè)Φ5mm的螺栓固定，保證閥片與夾具之間貼合緊密。然后對(duì)超薄閥片進(jìn)行不同預(yù)緊力、模具厚度、回火溫度的熱處理矯正變形實(shí)驗(yàn)。淬火工藝是在880℃保溫1min后迅速淬入機(jī)油中。回火工藝曲線如圖3所示，分別在380℃、400℃和430℃保溫1.5h后空冷。回火時(shí)把閥片放入模具中，將閥片和模具一起放入爐子中保溫。

保溫1h后，取出模具和閥片放到工作臺(tái)上，快速擰緊螺栓，再放到爐子中保溫0.5h。根據(jù)閥片的變形程度、金相組織和硬度值，最后確定最優(yōu)熱處理參數(shù)。為了檢測(cè)閥片的變形量和變形角度，將淬火和回火后的變形件垂直于桌面放置，如圖4所示。刻度尺水平放置于桌面并與彈簧片成90°角，用相機(jī)拍攝，利用Photoshop軟件在A面上做一條水平的直線，再通過(guò)B點(diǎn)和變形量最大的C點(diǎn)做兩條平行于A面的直線，測(cè)量B點(diǎn)和C點(diǎn)的水平距離以及A面與B面的角度。測(cè)量熱處理后閥片的硬度，制備金相試樣，采用硝酸酒精侵蝕并觀察組織。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)擰入螺絲的扣數(shù)調(diào)整預(yù)緊力的大小，擰入越多，施加的預(yù)緊力越大。通過(guò)調(diào)整第一階段回火后擰入螺絲的扣數(shù)來(lái)研究預(yù)緊力對(duì)閥片變形校正程度的影響，結(jié)果如圖5所示。圖5不同預(yù)緊力下回火件效果圖1號(hào):一扣螺絲2號(hào):二扣螺絲3號(hào):三扣螺絲閥片裝夾模具時(shí)，擰緊程度對(duì)淬火變形有一定的影響。擰緊一扣螺絲，閥片變形量為0.35mm。擰緊二扣螺絲，變形量為0.3mm。擰緊三扣螺絲時(shí)，變形量為0.25mm。可見(jiàn)在第二階段回火前擰入螺絲時(shí)，隨著螺絲擰緊程度的增加，閥片的變形量變小。

調(diào)整模具厚度為5mm和10mm，研究模具厚度對(duì)回火校正效果的影響，結(jié)果如圖6所示。測(cè)量A面和B面的角度發(fā)現(xiàn)，380℃回火時(shí)，模具厚度對(duì)變形角度影響不大。當(dāng)回火溫度為400℃時(shí)，模具越厚，變形角度越小，但不管模具厚度是5mm還是10mm，A面和B面的角度均小于0.5°，說(shuō)明兩平面基本平行。測(cè)量閥片整個(gè)表面的變形量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，模具越厚，A面的變形量越小，但兩個(gè)厚度的模具校正后，閥片變形量均小于0.5mm，基本保持平整。為了防止模具因高溫變形，選擇模具的厚度為10mm。回火溫度為380℃、400℃、430℃時(shí)閥片的金相組織如圖7所示。可以看出，三種回火溫度下，組織均為回火屈氏體和回火索氏體。隨著回火溫度的升高，回火索氏體的量增加，回火屈氏體的量降低。測(cè)量不同回火溫度下閥片的變形角度和顯微硬度，結(jié)果如表1所示，可以看出，回火溫度升高，閥片的變形角度降低。回火溫度為400℃時(shí)閥片的變形角度也符合要求。隨著回火溫度的升高，閥片的顯微硬度逐漸降低。離合器要求彈簧閥片的HRC在48-53之間。從提高模具壽命和節(jié)約能源的角度考慮，選擇回火溫度為400℃，該溫度下回火能滿足閥片的彈性和硬度要求。

3結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)了防止彈簧閥片熱處理變形的矯正模具，模具由上模和下模構(gòu)成。通過(guò)調(diào)整螺栓來(lái)調(diào)整預(yù)緊力大小，隨著預(yù)緊力的增加，閥片的變形量減小。(2)相同的淬火溫度處理后，分別在380℃、400℃、430℃回火，閥片的金相組織均為回火屈氏體和回火索氏體。隨著回火溫度的升高，回火索氏體的量增加，回火屈氏體的量減少，顯微硬度逐漸降低，閥片的變形角度降低。(3)確定防止超薄彈簧閥片變形的熱處理工藝為：閥片在880℃保溫1min后油淬，將淬火后的閥片放入模具中，和模具一起放入400℃的爐子中保溫1h，取出模具擰緊螺栓，再放到400℃的爐子中保溫30min后出爐空冷。

作者：張新李媛媛王超劉偉李青春?jiǎn)挝唬哼|寧工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院