南京科潤工業(yè)介質(zhì)有限公司 （江蘇 211100） 趙曉博 林天泉 聶曉霖

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，CVT無級變速器技術(shù)逐漸成為行業(yè)關(guān)注的焦點。CVT的變速系統(tǒng)主要由主、從動帶輪，帶輪軸及金屬帶構(gòu)成。帶輪軸形狀復雜，變形和工藝控制較帶輪更有難度。

1.CVT工件變形影響因素分析

CVT帶輪軸的加工工藝為：鍛造→正火→機加工→滲碳淬火→回火。其中，熱處理工藝是影響工件變形的主要因素之一。熱處理工藝對變形量的影響主要為滲碳溫度、淬火溫度的影響。在滲碳層深、性能要求可滿足的條件下，建議采用較低的滲碳加熱溫度和淬火溫度，非常有利于減小工件變形量。另外，滲碳時工件的裝爐方式也應予以重視。以帶輪軸為例，熱處理工藝相同時，采用圖1a裝爐方式工件變形量比圖1b裝爐方式大大減小。

盡管圖1b采用密集的擺放方式，圖1a裝爐方式的裝爐量要比圖1b裝爐方式降低很多，但圖1a裝爐方式更利于工件均勻受熱，淬火時淬火冷卻介質(zhì)流動更順暢、散熱更均勻。

淬火冷卻介質(zhì)對工件淬火的影響是多方面的，主要影響因素有冷卻速度、黏度、攪拌速率、使用溫度及介質(zhì)內(nèi)的雜質(zhì)成分。

（1）冷卻速度 對于淬火冷卻介質(zhì)，冷卻能力是影響工件變形量的重要因素。為了能保證工件的工藝性能，要綜合參考工件的材料、有效尺寸、形狀來選擇合適的冷卻速度。對于CVT帶輪軸，控制變形的難點在于其形狀復雜，熱應力、組織應力的控制難度較大。所以，應選擇高溫冷速適中、低溫冷速緩慢的淬火冷卻介質(zhì)，將變形控制到最低。

（2）黏度 通過調(diào)整淬火冷卻介質(zhì)的黏度可以達到改變冷卻速度的目的。淬火油黏度的提高，會在一定程度上提高淬火油的使用溫度，以保證淬火冷卻介質(zhì)的流動性，使工件各部位盡量同步冷卻。

（3）攪拌頻率 攪拌可以促進淬火油蒸汽膜的破裂，加快對流階段的到來，使工件均勻地冷卻，減小熱應力帶來的變形。但攪拌頻率太高也有負面影響：攪拌太劇烈，會帶入大量空氣，可能造成工件表面淬火軟點；隨著攪拌的加劇，淬火冷卻介質(zhì)的冷卻能力過高，易造成工件變形量大。因此，淬火冷卻介質(zhì)的攪拌速率需根據(jù)現(xiàn)場工況進行調(diào)整。

（4）使用溫度 通常，淬火油的使用溫度對黏度影響最大。使用溫度越高，淬火油流動性越好，利于提高工件表面淬火的均勻性；同時，使用溫度的改變也會改變工件淬火的溫度梯度，影響淬火后組織。因此，也可以通過調(diào)整淬火冷卻介質(zhì)的使用溫度來調(diào)整工件的淬火效果。

（5）淬火冷卻介質(zhì)內(nèi)的雜質(zhì) 淬火冷卻介質(zhì)使用過程中，難免進入水分、氣體、粉塵、炭黑等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)含量達到一定程度會對淬火冷卻介質(zhì)的冷卻性能產(chǎn)生不同程度的影響，尤其是水分。如果淬火油中的水太多，不僅會大大增加油的低溫冷速，造成工件變形量大、開裂，而且會給現(xiàn)場生產(chǎn)帶來安全隱患，油中的水分在高溫下會產(chǎn)生大量的水蒸氣泡，使油的體積急劇增大，誘發(fā)火災危險。因此，一定要嚴格控制淬火油中的水分。

2.試驗分析

選擇主動輪軸20件，來研究淬火冷卻介質(zhì)對工件變形量的影響。試驗工件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 CVT主動帶輪軸

工件材料為20CrMnTiH，參照國內(nèi)CVT常規(guī)工藝要求：該工件滲碳淬火有效硬化層深度為1.0～1.3mm，表面硬度要求58～62HRC，心部硬度30～42HRC；殘留奧氏體、馬氏體組織1～3級（≤15%）、鐵素體組織1～2級、碳化物1～3級，滲層過渡區(qū)不允許有貝氏體；徑向圓跳動控制在0.1mm以內(nèi)。為了保證工件組織的均勻性，熱處理前進行了正火，并采用科潤正火液進行冷卻，組織良好。

該工件有多個臺階、深孔、花鍵，部分小孔不對稱分布，以上因素大幅增加了淬火變形的趨勢，若控制不當，在尖角、臺階處還有可能發(fā)生開裂。針對該情況，本文選擇了某國外品牌的分級淬火油（簡稱H油，適合CVT帶輪軸淬火）和科潤等溫分級淬火油KR4288進行對比試驗。

兩種油品的技術(shù)參數(shù)、冷卻性能曲線分別如附表、圖3所示。

KR4288及H油技術(shù)參數(shù)表

淬火后，在工件表面皮下5mm取樣檢測，發(fā)現(xiàn)H油所處理工件硬度、組織均合格，心部硬度平均值為31.6HRC；變形量合格率為60%，變形量散差較大，最低0.08mm，最高接近0.50mm。由于該帶輪軸無法矯正，變形量超過0.1mm的直接報廢。KR4288所處理的工件硬度、組織均合格，心部硬度平均值為34.8HRC，變形量均控制在0.1mm以內(nèi)。圖4為兩種淬火油淬后工件變形量分布情況。

圖3 KR4288和H油冷卻性能曲線

圖4 經(jīng)KR4288和H油淬火工件變形量分布情況

經(jīng)試驗驗證，在相同的試驗工藝下，KR4288的淬火效果要比H油好。既能充分保證工藝性能的要求，也能有效控制變形量，避免了由變形導致的報廢現(xiàn)象。這是由于KR4288較H油黏度、冷速、特性溫度提高，蒸汽膜階段縮短。淬火時，KR4288可以迅速進入對流階段，避免了蒸汽膜階段所導致的冷卻不均的問題。同時，慢的低溫冷速保證了馬氏體組織的緩慢轉(zhuǎn)變，降低了組織應力導致的變形。

3.結(jié)語

CVT帶輪軸熱處理淬火時，應選擇高溫冷卻速度適中、低溫冷卻速度緩慢的介質(zhì)，并綜合黏度、攪拌等參數(shù)，在滿足硬度、金相組織的前提下，控制變形，如科潤等溫分級淬火油KR4288，可以很好地滿足CVT帶輪軸熱處理淬火的需要。

（20121128）