包頭北奔重型汽車(chē)有限公司 （內(nèi)蒙古 014032） 姜 楠

內(nèi)蒙古一機(jī)集團(tuán)富成鍛造有限公司 （包頭 014032） 韓海河 張小磊

將塑性變形和熱處理有機(jī)地結(jié)合，以提高材料力學(xué)性能的復(fù)合工藝稱(chēng)為形變熱處理。其目的是獲得更高的強(qiáng)度和韌性，充分發(fā)揮金屬材料的潛力，并且縮短工序，節(jié)省能源及加熱設(shè)備和車(chē)間工作場(chǎng)地，同時(shí)還減少材料的氧化燒損、脫碳、變形等熱處理缺陷。形變熱處理工藝與傳統(tǒng)熱處理工藝相比，無(wú)論在強(qiáng)化產(chǎn)品性能方面還是在節(jié)省能源方面，都具有許多優(yōu)異的特點(diǎn)。

1. 工件材料及技術(shù)要求

差速器殼體（見(jiàn)圖1）是汽車(chē)重要零件之一，其鍛件形狀復(fù)雜，材料為40Cr，化學(xué)成分執(zhí)行GB/T3077－1999要求，調(diào)質(zhì)后硬度為260～310HBW、ReL=740～880MPa。

圖1 差速器殼體

2. 工藝試驗(yàn)方法

差速器殼類(lèi)鍛件采用中頻感應(yīng)加熱，通過(guò)螺旋壓力機(jī)使其產(chǎn)生塑性變形后，使用PAG淬火冷卻介質(zhì)淬火，介質(zhì)溫度控制在60℃以下，淬火冷卻時(shí)間大于5min。

形變淬火后進(jìn)行高溫回火，回火取δ=20mm的中心截面（見(jiàn)圖2）進(jìn)行硬度分布、性能、金相及晶粒度的檢測(cè)。

圖2 鍛件截面

3. 試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）硬度檢測(cè)見(jiàn)表1。

表1 形變淬火+640℃回火切片硬度分布

（2）力學(xué)性能見(jiàn)表2。

表2 兩種工藝在相同硬度數(shù)值下力學(xué)性能對(duì)比

表1硬度檢測(cè)數(shù)值說(shuō)明，通過(guò)形變熱處理工藝后，差速器殼類(lèi)鍛件的硬度完全符合產(chǎn)品的技術(shù)要求。從表2可以看出，在相同的硬度數(shù)值下，AkV變化較大。而AkV參數(shù)正是表征鋼材韌性?xún)?chǔ)備的一個(gè)重要參數(shù)，表2數(shù)值說(shuō)明形變熱處理工藝能使材料強(qiáng)韌化提高，其沖擊韌度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)熱處理工藝試件的沖擊韌度值。

（3）金相組織及晶粒度 取形變熱處理和普通熱處理后的試樣，用4%的硝酸酒精浸蝕后得500倍的金相照片。形變熱處理后的金相試樣照片（見(jiàn)圖3），組織為回火索氏體+少量貝氏體回火組織+少量鐵素體，晶粒度為6.5～7.0級(jí)。傳統(tǒng)熱處理工藝的金相試樣照片（見(jiàn)圖4），組織為回火索氏體+少量貝氏體+少量鐵素體，晶粒度為7.0級(jí)。

圖3

圖4

（4）試驗(yàn)結(jié)果分析 從性能、金相、晶粒度的檢測(cè)結(jié)果看，高溫回火對(duì)淬火后的組織無(wú)大的影響，只是形變熱處理和傳統(tǒng)熱處理淬火后，在相同硬度要求下的回火溫度不同，后者較前者高得多，原因是兩種工藝產(chǎn)生的大量位錯(cuò)，在相同溫度回火時(shí)，后者較前者消失的量多、速度快。

4. 形變熱處理強(qiáng)化的本質(zhì)

（1）位錯(cuò)增殖 形變熱處理在穩(wěn)定奧氏體區(qū)，高形變率的狀態(tài)下產(chǎn)生急劇的塑性變形，奧氏體晶粒被碎化并伴隨逐漸拉長(zhǎng)，形變產(chǎn)生的大量位錯(cuò)不斷增殖堆積完成多邊化形成亞晶。此時(shí)晶界扭曲形成了鋸齒狀，不但基體獲得精細(xì)的組織結(jié)構(gòu)，而且鋸齒狀晶界能夠阻礙滑移向鄰近晶粒繼續(xù)進(jìn)行，并使晶界所產(chǎn)生的顯微裂紋擴(kuò)展為宏觀(guān)裂紋的進(jìn)程減慢，于是奧氏體晶界強(qiáng)度就大為提高，使破斷不至沿晶界迅速產(chǎn)生，從而增加了鋼的沖擊韌度，減弱回火脆性。位錯(cuò)密度增加，強(qiáng)度就提高。如果隨即進(jìn)行淬火，由于塑性變形使鋼的位錯(cuò)密度顯著提高，在一定的時(shí)間內(nèi)（孕育期），形變件內(nèi)存在大量的穩(wěn)定的亞結(jié)構(gòu)（亞晶），使鋼的高溫靜態(tài)回復(fù)剛完成且靜態(tài)再結(jié)晶剛開(kāi)始發(fā)生，則形變后的奧氏體缺陷就為切變后α相（馬氏體）所繼承，大大提高沖擊韌度。

（2）組織形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響 形變結(jié)束后誘發(fā)析出的第二相ε合金碳化物、氮化物彌散析出在奧氏體晶界及亞晶界上，前期釘扎位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致后期位錯(cuò)聚集，最后形成亞晶界或胞狀結(jié)構(gòu)。而理想的組織結(jié)構(gòu)是設(shè)法獲得多邊化所造成的穩(wěn)定亞結(jié)構(gòu)，來(lái)增強(qiáng)形變淬火的強(qiáng)韌化效果。在相同的回火溫度下，是工件的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、沖擊韌度及硬度等比普通淬火+回火后性能高的主要原因。

5. 結(jié)語(yǔ)

（1）差速器殼類(lèi)鍛件形變熱處理工藝，通過(guò)調(diào)節(jié)鍛件的形變開(kāi)始溫度和終鍛溫度，合理地控制滯空時(shí)間和淬火冷卻介質(zhì)溫度，完全滿(mǎn)足差速器殼類(lèi)產(chǎn)品的性能要求和自動(dòng)化生產(chǎn)程度。

（2）差速器殼類(lèi)鍛件形變熱處理復(fù)合工藝，能夠保證材料的力學(xué)性能或超出傳統(tǒng)熱處理工藝所達(dá)到的力學(xué)參數(shù)。低合金鋼鍛件的生產(chǎn)完全可以用形變熱處理來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)熱處理，尤其是調(diào)質(zhì)工序。

（3）差速器殼類(lèi)鍛件形變熱處理工藝流程更為合理，產(chǎn)品在制時(shí)間短、生產(chǎn)率高、設(shè)備占用臺(tái)份少，可達(dá)到降本增效、節(jié)能減排的目的。