南京科潤(rùn)工業(yè)介質(zhì)有限公司 （江蘇 211100） 趙曉博 林天泉 聶曉霖

隨著汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，CVT無(wú)級(jí)變速器技術(shù)逐漸成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。CVT的變速系統(tǒng)主要由主、從動(dòng)帶輪，帶輪軸及金屬帶構(gòu)成。帶輪軸形狀復(fù)雜，變形和工藝控制較帶輪更有難度。

1.CVT工件變形影響因素分析

CVT帶輪軸的加工工藝為：鍛造→正火→機(jī)加工→滲碳淬火→回火。其中，熱處理工藝是影響工件變形的主要因素之一。熱處理工藝對(duì)變形量的影響主要為滲碳溫度、淬火溫度的影響。在滲碳層深、性能要求可滿足的條件下，建議采用較低的滲碳加熱溫度和淬火溫度，非常有利于減小工件變形量。另外，滲碳時(shí)工件的裝爐方式也應(yīng)予以重視。以帶輪軸為例，熱處理工藝相同時(shí)，采用圖1a裝爐方式工件變形量比圖1b裝爐方式大大減小。

盡管圖1b采用密集的擺放方式，圖1a裝爐方式的裝爐量要比圖1b裝爐方式降低很多，但圖1a裝爐方式更利于工件均勻受熱，淬火時(shí)淬火冷卻介質(zhì)流動(dòng)更順暢、散熱更均勻。

淬火冷卻介質(zhì)對(duì)工件淬火的影響是多方面的，主要影響因素有冷卻速度、黏度、攪拌速率、使用溫度及介質(zhì)內(nèi)的雜質(zhì)成分。

（1）冷卻速度 對(duì)于淬火冷卻介質(zhì)，冷卻能力是影響工件變形量的重要因素。為了能保證工件的工藝性能，要綜合參考工件的材料、有效尺寸、形狀來(lái)選擇合適的冷卻速度。對(duì)于CVT帶輪軸，控制變形的難點(diǎn)在于其形狀復(fù)雜，熱應(yīng)力、組織應(yīng)力的控制難度較大。所以，應(yīng)選擇高溫冷速適中、低溫冷速緩慢的淬火冷卻介質(zhì)，將變形控制到最低。

（2）黏度 通過(guò)調(diào)整淬火冷卻介質(zhì)的黏度可以達(dá)到改變冷卻速度的目的。淬火油黏度的提高，會(huì)在一定程度上提高淬火油的使用溫度，以保證淬火冷卻介質(zhì)的流動(dòng)性，使工件各部位盡量同步冷卻。

（3）攪拌頻率 攪拌可以促進(jìn)淬火油蒸汽膜的破裂，加快對(duì)流階段的到來(lái)，使工件均勻地冷卻，減小熱應(yīng)力帶來(lái)的變形。但攪拌頻率太高也有負(fù)面影響：攪拌太劇烈，會(huì)帶入大量空氣，可能造成工件表面淬火軟點(diǎn)；隨著攪拌的加劇，淬火冷卻介質(zhì)的冷卻能力過(guò)高，易造成工件變形量大。因此，淬火冷卻介質(zhì)的攪拌速率需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行調(diào)整。

（4）使用溫度 通常，淬火油的使用溫度對(duì)黏度影響最大。使用溫度越高，淬火油流動(dòng)性越好，利于提高工件表面淬火的均勻性；同時(shí)，使用溫度的改變也會(huì)改變工件淬火的溫度梯度，影響淬火后組織。因此，也可以通過(guò)調(diào)整淬火冷卻介質(zhì)的使用溫度來(lái)調(diào)整工件的淬火效果。

（5）淬火冷卻介質(zhì)內(nèi)的雜質(zhì) 淬火冷卻介質(zhì)使用過(guò)程中，難免進(jìn)入水分、氣體、粉塵、炭黑等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)含量達(dá)到一定程度會(huì)對(duì)淬火冷卻介質(zhì)的冷卻性能產(chǎn)生不同程度的影響，尤其是水分。如果淬火油中的水太多，不僅會(huì)大大增加油的低溫冷速，造成工件變形量大、開(kāi)裂，而且會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)帶來(lái)安全隱患，油中的水分在高溫下會(huì)產(chǎn)生大量的水蒸氣泡，使油的體積急劇增大，誘發(fā)火災(zāi)危險(xiǎn)。因此，一定要嚴(yán)格控制淬火油中的水分。

2.試驗(yàn)分析

選擇主動(dòng)輪軸20件，來(lái)研究淬火冷卻介質(zhì)對(duì)工件變形量的影響。試驗(yàn)工件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 CVT主動(dòng)帶輪軸

工件材料為20CrMnTiH，參照國(guó)內(nèi)CVT常規(guī)工藝要求：該工件滲碳淬火有效硬化層深度為1.0～1.3mm，表面硬度要求58～62HRC，心部硬度30～42HRC；殘留奧氏體、馬氏體組織1～3級(jí)（≤15%）、鐵素體組織1～2級(jí)、碳化物1～3級(jí)，滲層過(guò)渡區(qū)不允許有貝氏體；徑向圓跳動(dòng)控制在0.1mm以內(nèi)。為了保證工件組織的均勻性，熱處理前進(jìn)行了正火，并采用科潤(rùn)正火液進(jìn)行冷卻，組織良好。

該工件有多個(gè)臺(tái)階、深孔、花鍵，部分小孔不對(duì)稱分布，以上因素大幅增加了淬火變形的趨勢(shì)，若控制不當(dāng)，在尖角、臺(tái)階處還有可能發(fā)生開(kāi)裂。針對(duì)該情況，本文選擇了某國(guó)外品牌的分級(jí)淬火油（簡(jiǎn)稱H油，適合CVT帶輪軸淬火）和科潤(rùn)等溫分級(jí)淬火油KR4288進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

兩種油品的技術(shù)參數(shù)、冷卻性能曲線分別如附表、圖3所示。

KR4288及H油技術(shù)參數(shù)表

淬火后，在工件表面皮下5mm取樣檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)H油所處理工件硬度、組織均合格，心部硬度平均值為31.6HRC；變形量合格率為60%，變形量散差較大，最低0.08mm，最高接近0.50mm。由于該帶輪軸無(wú)法矯正，變形量超過(guò)0.1mm的直接報(bào)廢。KR4288所處理的工件硬度、組織均合格，心部硬度平均值為34.8HRC，變形量均控制在0.1mm以內(nèi)。圖4為兩種淬火油淬后工件變形量分布情況。

圖3 KR4288和H油冷卻性能曲線

圖4 經(jīng)KR4288和H油淬火工件變形量分布情況

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，在相同的試驗(yàn)工藝下，KR4288的淬火效果要比H油好。既能充分保證工藝性能的要求，也能有效控制變形量，避免了由變形導(dǎo)致的報(bào)廢現(xiàn)象。這是由于KR4288較H油黏度、冷速、特性溫度提高，蒸汽膜階段縮短。淬火時(shí)，KR4288可以迅速進(jìn)入對(duì)流階段，避免了蒸汽膜階段所導(dǎo)致的冷卻不均的問(wèn)題。同時(shí)，慢的低溫冷速保證了馬氏體組織的緩慢轉(zhuǎn)變，降低了組織應(yīng)力導(dǎo)致的變形。

3.結(jié)語(yǔ)

CVT帶輪軸熱處理淬火時(shí)，應(yīng)選擇高溫冷卻速度適中、低溫冷卻速度緩慢的介質(zhì)，并綜合黏度、攪拌等參數(shù)，在滿足硬度、金相組織的前提下，控制變形，如科潤(rùn)等溫分級(jí)淬火油KR4288，可以很好地滿足CVT帶輪軸熱處理淬火的需要。

（20121128）