渗碳预备热处理工艺探究范文

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摘要:

通过对渗碳试验件预处理的温度、晶粒细化及变形原因的分析，提出了合理的预备热处理方案。

关键词:

渗碳预备热处理；温度；晶粒；变形

1概述

渗碳预备热处理的目的是为了细化晶粒，获得均匀的金相组织，以及渗碳前的预变形为后续的渗碳工序做好前期准备。预备热处理工艺的好坏会直接影响到渗碳后工件的组织及变形的大小[1]。目前大部分产品采用的预备热处理工艺为工序最复杂的正火+调质，消耗能源大且工期较长，严重影响生产周期。该项目研究的意义在于找出不仅满足产品质量要求且节省能源以及缩短工期的最合适的预备热处理工艺。

2工艺原理

渗碳预备热处理的工艺原理为把工件加热到相变点AC3100～150℃以上并保温一定时间，使之充分奥氏体化，然后采用不同的冷却方式及冷却速度进行冷却，获得较均匀的平衡组织，以达到改善晶粒度，获得合适的切削硬度，同时为渗碳做组织准备，达到以减小热畸变的目的[2]。

3工艺方案

3.1预处理温度

根据生产实际情况，预备热处理前有部分工件因冶金或锻造问题存在类似带状组织的偏析成分，这种偏析在渗碳淬火时会因组织转变不同时造成工件的变形或开裂。所以在预备热处理时，需要较高温度（Ac3+150~200℃，一般渗碳钢温度≥920℃）并保温一段时间来改善组织的偏析。

3.2细化晶粒

渗碳件渗碳钢的采购标准要求本质细晶粒钢即晶粒度≥5级，但渗碳淬火后对马氏体有严格的要求（马氏体≤4级），对应的晶粒度为≥8级[3]。渗碳淬火具有一定细化晶粒的作用，但并不能满足上述要求，所以渗碳淬火前预备热处理的细化晶粒作用非常重要。由于晶粒的形核率及线生长速度与温度及加热速度成正比且随温度的不断升高形核速度远大于线生长速度，因此细化晶粒的原则为高温（≥920℃）短时间保温、快速加热。

3.3工件变形原因

导致工件变形主要由热应力以及组织应力引起。热应力为由于工件尺寸较大，在加热（冷却）过程中由于表里加热（冷却）速度不一致，热胀冷缩所导致的应力。组织应力为在加热（冷却）过程中，工件横截面上由于组织的不同时转变，且不同组织比体积不同的原因导致的应力。上述两种应力为工件变形以及开裂的主要原因，因此在渗碳淬火前需保证组织的均匀性。综上所述，预备热处理工艺选择的关键点为高温、快速加热、短时间保温及组织均匀。针对以上几点制定了新的预备热处理工艺高温调质，如图1所示。

4工艺实施

（1）首先对毛坯试验件进行优化后预备热处理，装炉方式以及工艺参数完全执行工艺说明卡，避免人为因素对试验结果所造成的影响。

（2）当预备热处理结束后，将试验件加工成Ф380±0.15/Ф200×50±0.15的圆饼类待渗碳试验件，并要求表面磨削处理，Ra≤0.8。

（3）对待渗碳试验件进行同一工艺的渗碳处理，通过分析渗碳后的金相组织、晶粒度、硬度梯度及变形情况，综合讨论优化后的预备热处理工艺是否适合我公司生产现状。

5结果分析

渗碳后心部为细针状回火马氏体，按JB/T6141.3-92评级为1级，如图2所示。渗碳层为细针状马氏体+残留奥氏体，按JB/T6141.3-92评级为2-3级，如图3所示。晶粒尺寸平均为13.60μm，按GB/T6394-2002评级为9级，如图4所示。符合渗碳件技术条件，马氏体≤4级，心部组织≤4级的要求，硬度梯度如图5所示。且渗碳后工件变形较小各项指标均＜0.20mm，符合我公司渗碳后齿轮变形加工要求。部分变形数据见表1。

6结论

新预备热处理工艺高温调质与之前的正火+调质相比较，能源消耗降低26.9%，生产周期减少25.6%。实践证明，预备热处理工艺高温调质完全能够适应我公司生产现状且减少了生产周期，降低了能源消耗。

参考文献：

[1]张龙.渗碳钢的预备热处理.金属热处理，1995

[2]陈国民.渗碳齿轮毛坯的预备热处理—等温正火.机械工人，2004

[3]欧阳润之.关于齿轮渗碳淬火后金相组织级别超差及处理依据的研究.（南京）齿轮热处理标准专题研讨会论文集，2011

作者:叶慧鑫 曲云秀 张斯奇 王东东 周卯旸 单位:大连华锐重工集团股份有限公司热处理厂 大连华锐重工集团股份有限公司技术管理部