侯友武 孫守田

（棗莊通晟實(shí)業(yè)有限公司，山東 棗莊 277011）

1 問題的提出

機(jī)械制造企業(yè)中，材料熱處理工藝應(yīng)用較為廣泛。而在我國一些中小規(guī)模機(jī)械制造企業(yè)，因?yàn)榧夹g(shù)能力、裝備水平、員工素質(zhì)等因素影響，鋼材熱處理技術(shù)一直困擾著企業(yè)的健康發(fā)展。

棗莊通晟實(shí)業(yè)有限公司為中等規(guī)模械制造企業(yè)，其生產(chǎn)的礦用運(yùn)輸機(jī)配件、汽車零部件等產(chǎn)品機(jī)械綜合性能高，需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。采取傳統(tǒng)的淬火—回火熱處理工藝，產(chǎn)品質(zhì)量性能不穩(wěn)定，常出現(xiàn)斷裂、彎曲變形等情況，引發(fā)質(zhì)量糾紛，嚴(yán)重影響了企業(yè)形象和經(jīng)濟(jì)效益。棗莊通晟實(shí)業(yè)有限公司熱處理技術(shù)人員通過對45#熱處理工藝過程分析，優(yōu)化均質(zhì)化熱處理工藝，以解決產(chǎn)品實(shí)際使用過程中斷裂、彎曲變形等問題。

2 45#熱處理工藝

鋼的淬火和回火是最重要的熱處理工藝。淬火與不同溫度回火工藝結(jié)合，可顯著提高鋼的硬度，獲得不同強(qiáng)度、塑性和韌性的合理配合，滿足各種機(jī)械零件對材料力學(xué)性能的要求。

圖1 亞共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖（TTT圖）

圖1為亞共析鋼的TTT圖，從圖中得知，45#等亞共析鋼的淬透性差，且在淬火階段由于冷卻蒸汽泡膜的存在極易形成硬度不均的情況，造成熱處理后機(jī)加工困難、強(qiáng)度性能不良。若想獲得硬度較高的馬氏體(貝氏體）組織，需要在很短的時(shí)間內(nèi)將工件溫度降至Ms點(diǎn)以下，這也是45#等在淬火階段需要用水冷卻而不是油或者空冷的原因。

3 45#熱處理工藝的改進(jìn)

3.1 冷卻介質(zhì)的選擇

熱處理過程中冷卻介質(zhì)常采用空氣、水、鹽溶液、油等，實(shí)際應(yīng)用中多采用自來水?？諝狻⒆詠硭子讷@取，成本低，但冷卻效果差；淬火油多用于模具等特殊鋼材，成本較高；與空氣、自來水、油相比，鹽溶液不僅提高45#淬火冷卻階段的冷卻速率，成本也沒有較大增加，同時(shí)還能防止工件表面遇冷時(shí)形成蒸汽泡膜影響局部淬火效果。

根據(jù)《熱處理實(shí)用數(shù)據(jù)速查手冊》、《金屬熱處理原理與工藝》等，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況對熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，冷卻介質(zhì)由普通自來水改為10%的NaCl水溶液。

3.2 熱處理工藝參數(shù)的選擇

3.2.1 淬火階段

將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后以適當(dāng)速度冷卻獲得馬氏體或馬氏體加貝氏體組織。在中小機(jī)械制造企業(yè)中，實(shí)際操作時(shí)由于操作工的職業(yè)素養(yǎng)參差不齊，完全憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來確定加熱工藝參數(shù)，這就導(dǎo)致了產(chǎn)品熱處理質(zhì)量的不穩(wěn)定性。

表1 加熱計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式及碳鋼和合金鋼的加熱系數(shù)

中小機(jī)械制造企業(yè)通常采用臺(tái)車式空氣電阻爐加熱和樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方式堆放工件，故α取1min/mm，K取1.3。

表2 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的臨界溫度及常規(guī)熱處理工藝參數(shù)

由表2知，淬火溫度為840℃。

3.2.2 淬火冷卻階段

表3 常用淬火介質(zhì)的淬冷烈度H值（單位：cm-1）

淬冷烈度是表征冷卻介質(zhì)冷卻能力大小的重要指標(biāo)，H值越大則冷卻能力越強(qiáng)。由表3知，45#冷卻介質(zhì)應(yīng)采用淬冷烈度H=2的10%濃度的NaCl水溶液冷卻方式。若采用H=1的水冷卻，則易在淬火冷卻階段水遇高溫生成的水蒸氣泡膜依附于工件表面，形成局部軟點(diǎn)而造成淬火結(jié)果不理想。

將冷卻介質(zhì)改為10%濃度的NaCl溶液，并在一側(cè)加裝電泵使介質(zhì)加速循環(huán)流動(dòng)，并利用行車提供動(dòng)力對熱處理物品上下運(yùn)動(dòng)，通過加速冷、熱介質(zhì)對流，實(shí)現(xiàn)均質(zhì)化處理目標(biāo)。

3.2.3 回火階段

回火是鋼件淬硬后，再加熱到Ac1以下保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的工藝?；鼗鸬哪康氖欠€(wěn)定組織，減小或消除殘余應(yīng)力，提高鋼件的性能。

中小機(jī)械制造企業(yè)需要對回火工藝參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行量化，不能全憑操作者的經(jīng)驗(yàn)。若零件硬度要求在220～260HB，由表2知，回火溫度選為580±10℃?；鼗鸺訜釙r(shí)間根據(jù)小批量試回火實(shí)驗(yàn)確定為2h，實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)裝爐量的大小自行調(diào)整，適當(dāng)延長或減少。

3.2.4 回火冷卻階段

基于熱處理產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，且45#不存在第二類回火脆性，因此回火冷卻用水冷或空冷均可。

3.3 繪制熱處理工藝曲線

圖2 45#熱處理工藝曲線

4 均質(zhì)化熱處理后產(chǎn)品性能對比

熱處理工藝改進(jìn)前，產(chǎn)品熱處理硬度在200～240HB中間浮動(dòng)，極個(gè)別部位甚至出現(xiàn)190HB這樣的軟點(diǎn)區(qū)域，分布區(qū)間較大，抗拉強(qiáng)度σb在640～820MPa之間，性能不穩(wěn)定。

采用均質(zhì)化熱處理工藝后，同一回火溫度下，產(chǎn)品硬度在220～240HB浮動(dòng)，未發(fā)現(xiàn)軟點(diǎn)部位，抗拉強(qiáng)度σb上升至730～820MPa之間，力學(xué)性能提升明顯，產(chǎn)品顧客滿意度由原先的75.3%上升至96.5%。

5 結(jié)語

針對45#熱處理時(shí)淬透性差、局部易出現(xiàn)軟點(diǎn)的情況，本文提出用濃度為10%的NaCl水溶液均質(zhì)化工藝，確保了整體淬火的一致性。對淬火溫度、淬火時(shí)間、冷卻介質(zhì)、冷卻方式、回火溫度、回火時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化確認(rèn)，并制作成工藝卡片確保嚴(yán)格執(zhí)行，從而使產(chǎn)品質(zhì)量得到了有效控制，給一些中小企業(yè)提供了較好的參考和借鑒價(jià)值。