丁福明，秦鵬濤，羅沭東

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 寶雞 722408）

1 工藝過程

2 現(xiàn)狀介紹

嚙合套滲碳淬火變形控制過程：鍛件（采購(gòu)）—粗加工—精加工—拉齒—滲碳淬火拋丸—清洗。

2.1 工藝方法

工藝方法采用一次淬火工藝方法，滲碳后空冷，二次加熱淬火，具體內(nèi)容如表1所示。

2.2 零件信息

零件外形如圖1所示。

在清洗步驟用花鍵軸檢測(cè)內(nèi)花鍵通過性時(shí)，發(fā)現(xiàn)有50%的零件無法通過，檢測(cè)花鍵跨棒距尺寸，跨棒距尺寸不合格，花鍵孔存在最大0.24 mm的橢圓和最大0.20的稍度。

2.3 使用工裝及裝爐方式

嚙合套滲碳、淬火、回火時(shí)使用的工裝為通用性較強(qiáng)的圓形料筐，材質(zhì)為耐熱鋼。料筐結(jié)構(gòu)如圖2所示，裝爐方式為散裝入爐，如圖3所示。

3 原因分析

統(tǒng)計(jì)滲碳淬火后的變形量，對(duì)15件零件進(jìn)行標(biāo)記，爐內(nèi)分上（1—5號(hào)）、中（6—10號(hào)）、下（11—15號(hào)）三個(gè)區(qū)域放置，進(jìn)行熱處理前后一對(duì)一尺寸檢測(cè)，技術(shù)要求如表2所示，熱處理前數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表如表3所示，熱處理后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表如表4所示。

通過熱處理前尺寸檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，拉齒后尺寸較為穩(wěn)定，跨棒距控制在53.06 mm～53.12 mm，橢圓控制在≤0.04范圍內(nèi)，稍度控制在≤0.04范圍內(nèi)；滲碳淬火過程中變形量較大，跨棒距在52.70 mm～53.04 mm，橢圓控制在0.04～0.24，稍度控制在0.04～0.20。尺寸在技術(shù)要求范圍內(nèi)的8件，占比53.3%，尺寸超差的7件，占比46.7%，根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析，零件變形量主要產(chǎn)生于滲碳淬火過程中。

滲碳淬火加熱過程中工件相互抵壓，當(dāng)溫度上升到一定程度時(shí)，工件各部位屈服強(qiáng)度的變化就會(huì)引起不均勻的塑性變形而造成其形狀改變。根據(jù)熱處理變形的特點(diǎn)，嚙合套滲碳淬火過程中主要發(fā)生扭曲變形，扭曲變形主要是加熱時(shí)工件在爐內(nèi)放置不當(dāng)造成的。不同零件淬火過程浸入淬火介質(zhì)的姿態(tài)對(duì)零件淬火變形有很大的影響，例如軸類、桿類及筒狀工件軸向垂直浸入淬火介質(zhì)中，其變形量最小。

參照對(duì)其他類型零件變形規(guī)律的研究和總結(jié)。經(jīng)過分析，造成變形的主要原因?yàn)楣ぜ⒀b，在滲碳階段900 ℃完全奧氏體化后，工件強(qiáng)度降低，相互抵壓變形。在815 ℃淬火冷卻階段相互抵壓，導(dǎo)致工件冷卻不均勻，收縮量不均勻，扭曲變形。

4 對(duì)策制定

根據(jù)上述分析結(jié)果，通過設(shè)計(jì)隔層（圖4），改變零件裝爐方式，將工件每層單獨(dú)隔開，同時(shí)改變工件擺放姿態(tài)，齒向上、齒向下，實(shí)現(xiàn)均勻冷卻檢測(cè)兩種方案變形量，進(jìn)行對(duì)比。

4.1 方案一

通過采用隔層將工件每層分割開，相互獨(dú)立，互不抵壓，同時(shí)按照齒向下的方式裝爐（圖5），并對(duì)15件零件進(jìn)行標(biāo)記，爐內(nèi)分上（1—5號(hào)）、中（6—10號(hào)）、下（11—15號(hào)）三個(gè)區(qū)域放置，裝爐方式如圖6所示。

滲碳淬火前檢測(cè)跨棒距尺寸，跨棒距、橢圓、稍度尺寸均在技術(shù)要求范圍內(nèi)。熱處理后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表如表5所示。

數(shù)據(jù)分析，通過熱處理后尺寸檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，滲碳淬火過程中變形量得到有效控制，尺寸在技術(shù)要求范圍內(nèi)的14件，占比93.3%，跨棒距在52.80 mm～52.92 mm，橢圓控制在0.04～0.08，稍度控制在0.02～0.06；尺寸超差的1件，占比6.7%。通過性檢測(cè)中，1件花鍵軸無法通過。

4.2 方案二

通過采用隔層將工件每層分割開，相互獨(dú)立，互不抵壓，同時(shí)按照齒向上的方式裝爐（圖7） ，并對(duì)15件零件進(jìn)行標(biāo)記，爐內(nèi)分上（1—5號(hào)）、中（6—10號(hào)）、下（11—15號(hào)）三個(gè)區(qū)域放置，裝爐方式如圖8所示。

滲碳淬火前檢測(cè)跨棒距尺寸，跨棒距、橢圓、稍度尺寸均在技術(shù)要求范圍內(nèi)。熱處理后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表如表6所示。

通過熱處理后尺寸檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，滲碳淬火后尺寸在技術(shù)要求范圍內(nèi)，100%合格，跨棒距在52.80 mm～52.92 mm，橢圓控制在0.04～0.08，稍度控制在0.02～0.04范圍內(nèi)；通過檢測(cè)，花鍵軸100%均可通過。

拉齒方向不同導(dǎo)致部分工件平端的跨棒距尺寸大于齒端的跨棒距尺寸。熱應(yīng)力導(dǎo)致花鍵內(nèi)孔縮小，組織應(yīng)力導(dǎo)致花鍵內(nèi)孔漲大，所以采用平端向下，冷卻過程中，平端先浸入冷卻介質(zhì)，熱應(yīng)力大于組織應(yīng)力，跨棒距尺寸縮小較大，補(bǔ)償平端跨棒距尺寸，減小稍度。

4.3 對(duì)比分析

改變裝爐方式和擺放姿態(tài)發(fā)現(xiàn)，齒向上的裝爐方案有效控制了零件變形量，合格率由原來的53.3%提升到100%，同時(shí)橢圓、稍度的范圍控制在0.04以內(nèi)，如表7所示。

在實(shí)驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)，滲碳隔層在使用一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生變形，而隨著隔層變形的加大，零件變形會(huì)加劇，需定期檢查，并更換隔層。

5 結(jié)論

（1）嚙合套滲碳淬火過程中，采用隔層隔開、齒向上擺放的裝爐方式，產(chǎn)生的變形量較小，合格率達(dá)到100%。

（2）工件結(jié)構(gòu)及尺寸要求不同，裝爐方式對(duì)工件的變形影響較大，所以在設(shè)計(jì)工藝方案時(shí)要重視工件裝爐方式的合理性。