文/鄭俊濤，莊曉偉，文杰，孫躍·江蘇龍城精鍛有限公司

35鋼薄壁盤形件調(diào)質(zhì)工藝改進(jìn)

文/鄭俊濤，莊曉偉，文杰，孫躍·江蘇龍城精鍛有限公司

鄭俊濤，熱處理工程師，主要從事鍛件和模具熱處理工作，主持完成模具真空淬火工藝改進(jìn)項(xiàng)目和曲軸、轉(zhuǎn)向節(jié)等鍛件余熱淬火項(xiàng)目，擁有1項(xiàng)專利。

35鋼薄壁盤形件調(diào)質(zhì)存在軟點(diǎn)和硬度均勻性差等問題，調(diào)質(zhì)后表面硬度最大相差64HB，心部硬度最大相差72HB。通過分析零件的冷卻過程，有針對性地改進(jìn)網(wǎng)帶淬火槽攪拌系統(tǒng)，增強(qiáng)淬火落料口的攪拌，提高工件入水段的冷卻速度，解決了上述問題。通過改進(jìn)，調(diào)質(zhì)后同一工件表面硬度最大相差12HB，心部硬度最大相差20HB，同批工件表面硬度最大相差22HB。

35鋼常用于制造叉類、突緣和盤類零件，由于材料淬透性差，當(dāng)調(diào)質(zhì)硬度和金相組織要求較高時(shí)，需要采用水或水基淬火液作為淬火介質(zhì)并強(qiáng)烈攪拌。而企業(yè)里的調(diào)質(zhì)爐通常采用通用設(shè)計(jì)，淬火冷卻能力通常達(dá)不到35鋼零件的要求，在進(jìn)行35鋼調(diào)質(zhì)處理時(shí)，容易出現(xiàn)淬火軟點(diǎn)和硬度偏低的問題。

某35鋼薄壁盤形零件，直徑192mm，最大壁厚9mm，零件重量1.8kg，調(diào)質(zhì)要求為表面硬度和心部硬度達(dá)到270～355HB，采用網(wǎng)帶調(diào)質(zhì)爐0.2%PVA淬火液調(diào)質(zhì)，由于形狀效應(yīng)，在盤形件拐角處存在軟點(diǎn)，調(diào)質(zhì)處理后硬度均勻性差。調(diào)質(zhì)處理后，實(shí)測表面硬度264～328HB，最大相差64HB；心部硬度244～316HB，最大相差72HB。軟點(diǎn)主要分布在拐角處，其他部位也有少量分布。軟點(diǎn)處金相組織有網(wǎng)狀鐵素體析出。根據(jù)零件冷卻耗時(shí)短以及35鋼臨界冷卻速度要求高的特點(diǎn)，將網(wǎng)帶淬火槽攪拌泵前移，使噴射管出口位于淬火落料口處，通過噴射冷卻使冷卻過程提前由蒸汽膜階段進(jìn)入沸騰階段，解決了軟點(diǎn)和硬度均勻性差的問題。

試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)零件材料牌號(hào)35，其化學(xué)成分如表1所示。

零件結(jié)構(gòu)圖和硬度檢測點(diǎn)見圖1。調(diào)質(zhì)零件表面硬度檢測三個(gè)點(diǎn)，心部硬度檢測五個(gè)點(diǎn)，檢測設(shè)備為布氏硬度計(jì)。

表1 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

圖1 零件結(jié)構(gòu)及心部硬度測量點(diǎn)

采用網(wǎng)帶調(diào)質(zhì)爐進(jìn)行試驗(yàn)，淬火加熱溫度870±10℃，加熱時(shí)間60min，淬火介質(zhì)為水或水基淬火液，淬火液溫度≤40℃，回火加熱溫度410±20℃，加熱時(shí)間130min。熱處理工藝曲線圖見圖2。

圖2 熱處理工藝曲線圖

試驗(yàn)方法為：①采用0.2%PVA作為淬火介質(zhì)測試；②采用水作為淬火介質(zhì)測試；③采用水作為淬火介質(zhì)的同時(shí)，增強(qiáng)淬火落料口區(qū)域的攪拌。

試驗(yàn)結(jié)果與分析

采用0.2%PVA淬火介質(zhì)

采用0.2%PVA淬火介質(zhì)調(diào)質(zhì)處理后抽檢3件，硬度檢測結(jié)果見表2。

從表2心部硬度檢測值可以看出，硬度最低點(diǎn)出現(xiàn)在檢測點(diǎn)2，即零件拐角處。金相組織中有網(wǎng)狀鐵素體析出，淬火過程中冷卻速度不足是造成軟點(diǎn)和硬度不均勻的主要原因。

采用水作為淬火介質(zhì)

采用水作為淬火介質(zhì)調(diào)質(zhì)處理后抽檢3件，硬度檢測結(jié)果見表3。

對比表2和表3可以看出，將淬火液由0.2%PVA改為水后，仍存在軟點(diǎn)和硬度均勻性差的問題。

增強(qiáng)淬火落料口區(qū)域的攪拌

35鋼淬透性差，盤形零件由于形狀效應(yīng)，各個(gè)部位的冷卻特性差異大，內(nèi)凹角的冷卻速度只有盤面部分的1/3，盤形零件對冷卻速度的要求要比球形及圓柱形零件高。

表2 采用0.2%PVA淬火介質(zhì)調(diào)質(zhì)硬度檢測結(jié)果

表3 采用水作為淬火介質(zhì)調(diào)質(zhì)硬度檢測結(jié)果

圖3 淬火槽攪拌泵改造示意圖

薄壁零件水冷過程極短，按單液淬火水冷時(shí)間2～3mm/s經(jīng)驗(yàn)估算，該零件理論上只需要3～5秒就可以完成淬火過程，即工件在淬火落料區(qū)域就需要強(qiáng)烈攪拌，才能消除軟點(diǎn)。

綜合以上分析，軟點(diǎn)和硬度均勻性差等問題是由于淬火初始階段冷速不足造成的。因此，將淬火槽攪拌泵出水口前移至落料口區(qū)域，加強(qiáng)淬火初始階段的攪拌速度。淬火槽攪拌泵改造示意圖見圖3。

改進(jìn)攪拌后表面硬度和心部硬度檢驗(yàn)結(jié)果見表4和表5。心部金相組織見圖4。

改進(jìn)攪拌后調(diào)質(zhì)處理，同一工件表面硬度最大相差12HB，心部硬度最大相差20HB，同批工件表面硬度最大相差22HB。心部金相組織，按照GB/T 13320判定組織為1級，回火索氏體。后續(xù)進(jìn)行小批量和批量化生產(chǎn)，沒有發(fā)生軟點(diǎn)和硬度不均勻現(xiàn)象。

表4 改進(jìn)攪拌后表面硬度檢驗(yàn)結(jié)果

表5 改進(jìn)攪拌后心部硬度檢驗(yàn)結(jié)果

圖4 改進(jìn)攪拌后心部金相組織（回火索氏體1級，500倍）

結(jié)論

⑴零件入水初始階段冷速不足是造成軟點(diǎn)和硬度均勻性差等問題的主要原因。

⑵針對薄壁零件冷卻過程短，35鋼對冷速要求高的特點(diǎn)，通過設(shè)備改造，將攪拌系統(tǒng)前移，使工件在落料過程中受噴射攪拌的作用快速冷卻，解決了軟點(diǎn)和硬度不均勻等問題。