35CrMnSiA薄壁零件变形分析及改进措施
(安徽省东风机械总厂 230022)
徐厚奎
发表于《热处理》2002年第2期
摘要：本文介绍用网带炉对35CrMnSiA薄壁零件淬火，对零件变形引起的尺寸超差原因进行了试验与分析并采取了相应的措施。结果表明：采用Y35-II等温分级淬火油冷却介质和热处理前零件的壁厚差尺寸控制，可以得到淬、回火后零件的尺寸满足技术要求。
关键词：网带炉；变形；冷却介质
1 前言
网带炉八十年代初引进我国。网带炉因其操作简单，使用方便，可以连续工作，生产效率高而得到迅速发展，已在许多领域被广泛使用。我厂用网带炉对关键零件本体进行淬火，本体零件是薄壁零件，壁厚只有2mm，对淬、回火后的变形要求较严。本体零件淬、回火后出现尺寸变形超差比例较大，如果不解决零件尺寸变形超差问题，将势必影响产品的质量和生产成本。为此，我们对影响零件变形的因素如加热参数、冷却介质等进行分析及试验，从中找到减少变形的方法。
2 试验条件及技术要求
2.1 试验条件
试验设备：RC9型网带炉；零件材料：35CrMnSiA；零件见附图。
2.2 技术要求
零件进行少氧化加热，零件的变形要求∮34.8+0.02+0.18孔椭圆度≤0.15mm，淬、回火后硬度为50-55HRC(Z101C)。
3 冷却介质、工艺参数及壁厚差对变形的影响
3.1 冷却介质对变形的影响
用Y35-II等温分级淬火油及10号机械油两种冷却介质作对比试验。
3.1.1 工艺方法
网带炉三区加热：第一区温度是550℃；第二区温度是800℃；第三区温度是910℃。淬火网带运行速度55-65mm/min。冷却提升网带速度800-1200mm/min。采用甲醇作为保护气氛；采用Y35-II等温分级淬火油冷却介质，淬火油温度90℃；10号机械油，淬火油温度50℃。
试验零件数量各200件，零件加热时竖立在网带上，间距30-40mm。
3.1.2 试验结果
网带炉淬火后经180℃3小时回火，零件硬度在50-55HRC范围内；零件的∮34.8+0.18孔椭圆度如表1和表2。
表1 200件本体零件∮34.8+0.18孔椭圆度(Y35-II等温分级淬火油)
| 椭圆度 |
0.01-0.03mm |
0.04-0.10mm |
0.11-0.15mm |
>0.15mm |
| 数量(件) |
27 |
131 |
28 |
15 |
表2 200件本体零件∮34.8+0.18孔椭圆度(10号机械油)
| 椭圆度 |
0.01-0.03mm |
0.04-0.10mm |
0.11-0.15mm |
>0.15mm |
| 数量(件) |
2 |
59 |
81 |
58 |
3.1.3 试验分析
从试验结果可以看出：用Y35-II等温分级淬火油作冷却介质比10号机油作冷却介质有着明显减少零件尺寸变形效果。10号机械油冷却特性在高温阶段蒸气膜时间较长，开始对流温度低，高温冷却速度不高，且低温冷却较慢。Y35-II等温分级淬火油冷却特性在高温阶段蒸气膜时间短，开始对流温度高，高温冷却速度高，且低温冷却较慢。由于两者的高温阶段冷却特性不同，从而引起淬火应力的不同及变形的差异，Y35-II等温分级淬火油对减少本体零件变形有着明显作用。经批量生产试验仍有一定比例的变形大于0.15mm，为此对其它因素的分析和试验有着一定的意义。
注意：Y35-II等温分级淬火油在使用前必须加热到120-140℃保温循环3-5天。
3.2 工艺参数对变形的影响
在加热及冷却工艺参数范围内用9组进行对比试验，每组零件100件。冷却介质为Y35-II等温分级淬火油。9组工艺参数如表3。
表3 对比试验的工艺参数
| 组号 |
第一区温度℃ |
第二区温度℃ |
第三区温度℃ |
油温℃ |
| 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 |
淬火后经160-180℃，2.5-3小时回火，零件硬度在50-55HRC范围内，零件的∮34.8+0.02+0.18孔椭圆度如表4。表4结果显示每组都有5-8件尺寸变形超差0.15mm，每组变形超差在0.11-0.15mm及0.04-0.10mm的比例相差不大。在工艺范围内调整工艺参数对变形的影响较小。
表4 工艺对比试验数据
| 椭圆度 |
1号组件数 |
2号组件数 |
3号组件数 |
4号组件数 |
5号组件数 |
6号组件数 |
7号组件数 |
8号组件数 |
9号组件数 |
| 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 零件壁厚对变形影响
对表4椭圆度>0.15mm的零件进行壁厚差检测，发现零件最大的壁厚差是0.13mm，最小的壁厚差是0.06mm。零件壁厚尺寸存在较大差异。零件变形是冷却过程中产生的内应力也就是热应力组织应力相互作用而形成的。零件壁厚尺寸的不一致导致零件壁厚部分组织转变形成组织应力较大，零件壁薄部分组织转变形成组织应力较小；零件壁厚部分冷却速度较慢，零件壁薄部分冷却速度较快，从而形成了零件各部分热应力也不同。零件壁厚不同形成淬火后的热应力和组织应力不同，零件的各部分变形不一致而引起零件尺寸的变形超差，因此控制零件壁厚尺寸的大小，对零件热处理后的尺寸变形有着重要的影响。
4 措施及效果
经过分析和比较认为：冷却介质是影响本体零件变形的主要因素，而壁厚差也是影响本体零件变形的重要因素。采用Y35-II等温分级淬火油作为冷却介质及对热处理前本体零件的壁厚差控制在0.06mm范围内，对减少零件变形超差有着较好的作用。满足上述条件，用200件零件进行了淬回火，检测数据表明零件变形超差只有2%-3%，随后又进行了多批次零件淬回火，结果零件变形超差也只有2%左右。目前，本体零件热处理的质量比较稳定，满足了产品生产与技术的要求。
5 结论
35CrMnSiA本体零件变形超差主要因素是冷却介质和零件的壁厚差。
解决35CrMnSiA本体零件变形超差有两个有效措施是：
1)采用Y35-II等温分级淬火油作为冷却介质；
2)热处理前本体零件的壁厚差控制在0.06mm范围内。
参考文献
[1] 安运铮．热处理工艺学[M]．1982．7
[2] 北京华立精细化工公司．淬火介质的特性和用法技术[M]．第二辑．1996．3
[3] 热处理手册[M]．第1册．第二版