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摘要:

通過對滲碳試驗件預處理的溫度、晶粒細化及變形原因的分析，提出了合理的預備熱處理方案。

關鍵詞:

滲碳預備熱處理；溫度；晶粒；變形

1概述

滲碳預備熱處理的目的是為了細化晶粒，獲得均勻的金相組織，以及滲碳前的預變形為后續的滲碳工序做好前期準備。預備熱處理工藝的好壞會直接影響到滲碳后工件的組織及變形的大小[1]。目前大部分產品采用的預備熱處理工藝為工序最復雜的正火+調質，消耗能源大且工期較長，嚴重影響生產周期。該項目研究的意義在于找出不僅滿足產品質量要求且節省能源以及縮短工期的最合適的預備熱處理工藝。

2工藝原理

滲碳預備熱處理的工藝原理為把工件加熱到相變點AC3100～150℃以上并保溫一定時間，使之充分奧氏體化，然后采用不同的冷卻方式及冷卻速度進行冷卻，獲得較均勻的平衡組織，以達到改善晶粒度，獲得合適的切削硬度，同時為滲碳做組織準備，達到以減小熱畸變的目的[2]。

3工藝方案

3.1預處理溫度

根據生產實際情況，預備熱處理前有部分工件因冶金或鍛造問題存在類似帶狀組織的偏析成分，這種偏析在滲碳淬火時會因組織轉變不同時造成工件的變形或開裂。所以在預備熱處理時，需要較高溫度（Ac3+150~200℃，一般滲碳鋼溫度≥920℃）并保溫一段時間來改善組織的偏析。

3.2細化晶粒

滲碳件滲碳鋼的采購標準要求本質細晶粒鋼即晶粒度≥5級，但滲碳淬火后對馬氏體有嚴格的要求（馬氏體≤4級），對應的晶粒度為≥8級[3]。滲碳淬火具有一定細化晶粒的作用，但并不能滿足上述要求，所以滲碳淬火前預備熱處理的細化晶粒作用非常重要。由于晶粒的形核率及線生長速度與溫度及加熱速度成正比且隨溫度的不斷升高形核速度遠大于線生長速度，因此細化晶粒的原則為高溫（≥920℃）短時間保溫、快速加熱。

3.3工件變形原因

導致工件變形主要由熱應力以及組織應力引起。熱應力為由于工件尺寸較大，在加熱（冷卻）過程中由于表里加熱（冷卻）速度不一致，熱脹冷縮所導致的應力。組織應力為在加熱（冷卻）過程中，工件橫截面上由于組織的不同時轉變，且不同組織比體積不同的原因導致的應力。上述兩種應力為工件變形以及開裂的主要原因，因此在滲碳淬火前需保證組織的均勻性。綜上所述，預備熱處理工藝選擇的關鍵點為高溫、快速加熱、短時間保溫及組織均勻。針對以上幾點制定了新的預備熱處理工藝高溫調質，如圖1所示。

4工藝實施

（1）首先對毛坯試驗件進行優化后預備熱處理，裝爐方式以及工藝參數完全執行工藝說明卡，避免人為因素對試驗結果所造成的影響。

（2）當預備熱處理結束后，將試驗件加工成Ф380±0.15/Ф200×50±0.15的圓餅類待滲碳試驗件，并要求表面磨削處理，Ra≤0.8。

（3）對待滲碳試驗件進行同一工藝的滲碳處理，通過分析滲碳后的金相組織、晶粒度、硬度梯度及變形情況，綜合討論優化后的預備熱處理工藝是否適合我公司生產現狀。

5結果分析

滲碳后心部為細針狀回火馬氏體，按JB/T6141.3-92評級為1級，如圖2所示。滲碳層為細針狀馬氏體+殘留奧氏體，按JB/T6141.3-92評級為2-3級，如圖3所示。晶粒尺寸平均為13.60μm，按GB/T6394-2002評級為9級，如圖4所示。符合滲碳件技術條件，馬氏體≤4級，心部組織≤4級的要求，硬度梯度如圖5所示。且滲碳后工件變形較小各項指標均＜0.20mm，符合我公司滲碳后齒輪變形加工要求。部分變形數據見表1。

6結論

新預備熱處理工藝高溫調質與之前的正火+調質相比較，能源消耗降低26.9%，生產周期減少25.6%。實踐證明，預備熱處理工藝高溫調質完全能夠適應我公司生產現狀且減少了生產周期，降低了能源消耗。

參考文獻：

[1]張龍.滲碳鋼的預備熱處理.金屬熱處理，1995

[2]陳國民.滲碳齒輪毛坯的預備熱處理—等溫正火.機械工人，2004

[3]歐陽潤之.關于齒輪滲碳淬火后金相組織級別超差及處理依據的研究.（南京）齒輪熱處理標準專題研討會論文集，2011

作者:葉慧鑫 曲云秀 張斯奇 王東東 周卯旸 單位:大連華銳重工集團股份有限公司熱處理廠 大連華銳重工集團股份有限公司技術管理部