鋼材熱處理之: 簡化或取消熱處理工序的方法

1.滲碳淬火件及感應(yīng)淬火件取消回火

一些滲碳淬火件及感應(yīng)淬火件(如結(jié)構(gòu)簡單的光桿軸等)取消回火直接使用,既可充分利用較高的殘余壓應(yīng)力,獲得較高的疲勞強度,又可以節(jié)省能源,簡化工藝,節(jié)約工時、工裝及設(shè)備維修費用。

應(yīng)用實例1:拖拉機齒輪滲碳、淬火后取消回火

我公司生產(chǎn)的東方紅-75型拖拉機第二軸齒輪(圖1,簡稱第二軸),材料為20CrMnTi鋼,重量16.3kg,熱處理技術(shù)要求:齒面和心部硬度分別為56~63HRC和>25HRC,滲碳層深度1.3~1.8mm,馬氏體及殘余奧氏體1~5級,碳化物1~5級,心部鐵素體1~5級,T面圓跳動≤0.12mm,其余≤0.15mm。

(1)第二軸加工工藝路線

正火→機加工→清洗→滲碳→淬火→清洗→回火→噴丸清理→锪中心孔→校直→機械加工(第二軸軸徑磨削→主、從動齒輪配對→包裝)。

(2)原熱處理工藝

第二軸滲碳采用RQ3-9-9型井式氣體滲碳爐,淬火采用RYD-100-8A型插入式電極鹽浴爐,回火常用RJ2-75-6型井式回火爐。第二軸滲碳、淬火及回火熱處理工藝見圖2。

第二軸原工藝采用滲碳后空冷,再進行二次加熱淬火,最后進行180℃×3h低溫回火。

(3)新的熱處理工藝

第二軸滲碳后空冷和二次加熱淬火的工藝不變,取消180℃×3h的低溫回火工序。

(4)新的加工工藝路線

正火→機加工→清洗→滲碳→淬火→清洗→噴丸清理→锪中心孔→校直→機械加工(第二軸軸徑磨削→主、從動齒輪配對→包裝)。

(5)節(jié)能效果

每爐裝120件(40件/筐×3筐/爐)第二軸。一般工業(yè)用電價格按0.85元/kW·h計算。年產(chǎn)按45000件計算,年可節(jié)電10萬元以上。

應(yīng)用實例2:汽車變速器齒輪軸中頻淬火后取消回火

北京齒輪總廠通過對212型汽車變速器中間齒輪軸(下稱48軸,φ19.05mm×218mm)和倒擋齒輪軸(下稱94軸,φ19.05mm×76mm),表面經(jīng)中頻淬火后取消回火工序后的效果如下。

1)不同工藝條件下試樣表面硬度比較,試樣中頻淬火后,硬度值在58~60.5HRC,而淬火回火試樣硬度值55.5~57.0HRC,回火后硬度值下降了2~5HRC。

2)選50件48軸,中頻淬火后不經(jīng)回火直接磨削產(chǎn)品,經(jīng)無損檢測,未發(fā)現(xiàn)表面裂紋,存放半年后未發(fā)現(xiàn)表面裂紋。取消回火工藝的實際應(yīng)用情況表明,48軸中頻(8000Hz)淬火后不經(jīng)回火,經(jīng)校直的零件,尺寸變形穩(wěn)定性良好,也從未發(fā)現(xiàn)因淬火應(yīng)力導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象。

3)選取48軸各30件中頻淬火后回火(160℃×2h)與不回火,校直后均存放半年,表面徑向跳動基本上不發(fā)生變化,一般絕對值僅為0.01~0.02mm,變形量處于穩(wěn)定狀態(tài)中。

4)減少了淬火區(qū)長度,使上述兩種產(chǎn)品的淬火加熱時間平均減少了10%~15%。綜合以上因素,取消回火工序,每年所帶來的直接經(jīng)濟效益在2.6萬元以上。

2.用振動時效代替熱振動時效方法

鑄鐵件及焊接件采用振動時效消除殘余應(yīng)力比爐內(nèi)加熱法節(jié)能效果十分明顯,且方便易行,可顯著提高加工效率。通常情況下,振動時效與熱時效相比,生產(chǎn)費用可節(jié)省75%左右,能源消耗僅為熱時效的1/30,生產(chǎn)周期僅為熱時效的1/40~1/50。

通過對機床座及其他鑄鐵件進行振動時效和熱時效處理對比試驗,振動時效能夠消除殘余應(yīng)力40%~60%,熱時效能夠消除殘余應(yīng)力50%~70%,振動時效所消耗能源僅為熱時效的5%左右。

應(yīng)用實例:蘭州石油化工機器總廠生產(chǎn)的Z01.1.18機床座,材料為HT200,單件重量900kg,最大與最小壁厚分別為50mm和20mm。

(1)振動時效工藝參數(shù)

根據(jù)工件的材質(zhì)、重量、幾何形狀的不同,合理選擇激振力的檔次等。振動工藝參數(shù)見表1。

表1  振動工藝參數(shù)

注:V_o、I_o分別為振動時效前電壓和電流,V_t、I_t分別為振動時效后電壓和電流。

(2)應(yīng)力測試

找出殘余應(yīng)力較大部位進行應(yīng)力測試,測試數(shù)據(jù)見表2。

表2 殘余應(yīng)力測試結(jié)果

從表2可以看出,熱時效與振動時效分別能夠消除機床座殘余應(yīng)力的51%和45%,結(jié)果比較理想。對機床座其他部位也進行測試,結(jié)果與預(yù)期吻合。

(3)節(jié)能效果

熱時效與振動時效耗能與成本比較見表3。

表3  熱時效與振動時效耗能與成本比較

從表3可以看出,振動時效比熱時效節(jié)能96.8%,成本降低98%,因此采用振動時效方法經(jīng)濟效益十分顯著。

作者:金榮植

單位:哈爾濱匯隆汽車箱橋有限公司

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