劉富金，謝世杰

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六四大隊，江西 贛州 341000）

所謂金屬材料熱處理就是指根據(jù)相關(guān)的要求對特定的金屬原材料進行科學(xué)合理的加熱冷卻處理，在生產(chǎn)實踐中主要包括三部分，分別是退火（正火）處理、淬火加工以及回火加工。退火（正火）處理是對金屬原材料加熱到適當溫度保溫，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。其目的主要是為了調(diào)節(jié)金屬材料硬度便于進行切削加工。

淬火是將金屬材料加熱到臨界點以上，保溫后急速冷卻的熱處理工藝。其目的主要是提高金屬材料的硬度?；鼗鹗菍⒔饘俨牧霞訜岬紸1以下某個溫度保溫后再冷卻的熱處理工藝。其目的主要是調(diào)整金屬的硬度和韌性，修整淬火熱處理的變形，從而確保金屬材料熱處理工作的順利完成[1]。

利用熱處理技術(shù)對金屬材料進行處理加工，能夠有效的提升金屬材料的性能，同時還能夠拓展金屬材料在其它領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展，充分發(fā)揮出金屬材料自身的價值和作用[2]。然而，在對金屬材料進行熱加工處理時，往往會由于其它方面的因素，影響金屬材料熱加工處理的整體效率與質(zhì)量，進而嚴重影響金屬材料的整體性能。

為此，本文就關(guān)于電機軸花鍵的金屬熱處理變形的控制進行了深入的研究與分析，同時結(jié)合電機軸花鍵的金屬熱處理變形的實際狀況制定了相應(yīng)的完善措施，以期提高金屬材料熱處理的效率和質(zhì)量[3]。

1 電機軸花鍵的金屬熱處理變形的控制研究

1.1 金屬材料及熱處理工藝的選擇

由于電機軸花鍵的金屬材料自身存在一定的差異性，因此其熱處理之后的整體的結(jié)構(gòu)特點也會存在著一定的差異。為此，在生產(chǎn)電機軸之前要對不同的金屬材料的特點以及整體結(jié)構(gòu)進行綜合性分析，選擇合理的金屬材料，再為電機軸花鍵金屬材料的熱處理制定一個科學(xué)合理的處理工序，以此來確保熱處理的工作質(zhì)量，從源頭避免金屬材料出現(xiàn)大量變形的問題。

除此以外，在對電機軸花鍵的金屬材料進行熱處理時，為了降低金屬材料熱處理時的變形概率，需要相關(guān)的工作人員針對具體的產(chǎn)品參數(shù)及時對金屬材料進行科學(xué)合理的熱處理安排，根據(jù)實際情況探索能滿足產(chǎn)品要求的熱處理工藝。這樣不僅能夠確保電機軸花鍵的金屬材料整體穩(wěn)定性，同時還能夠避免出現(xiàn)金屬材料表面硬度不均勻的現(xiàn)象[4]。

以下以生產(chǎn)實踐中的案例加以分析說明。

某款電機軸技術(shù)要求花鍵硬度為58HRC～62HRC，應(yīng)用于高轉(zhuǎn)速場合。通過分析可以確定該電機軸采用滲碳鋼+滲碳淬火熱處理工藝比中碳鋼+高頻感應(yīng)淬火熱處理工藝更符合產(chǎn)品的技術(shù)要求及應(yīng)用場合。滲碳鋼中，20CrMnTi應(yīng)用廣泛，綜合性能良好。其典型的工藝路線為：下料→正火→粗加工→半精加工→滲碳→淬火＋低溫回火→磨削。

1.2 淬火方式及淬火介質(zhì)的選擇

當前，我國金屬材料淬火常用的冷卻方法主要有四種，分別是分級淬火冷卻方式、等溫淬火冷卻方式、雙液淬火冷卻方式以及單液淬火冷卻方式。這四種冷卻方法各有各的優(yōu)勢和缺點[4]。其中分級淬火冷卻方式的優(yōu)點是能夠有效地降低工件的內(nèi)應(yīng)力，增強金屬材料結(jié)構(gòu)的完整性，然而它也存在一定的缺點，比如在熱處理過程的堿浴或鹽浴中需要大量淬火介質(zhì)，這在一定程度上加大了金屬材料熱處理的費用和成本。

單液淬火冷卻方法在成本上具有一定的優(yōu)勢，且機械化與自動化功能相對完善，但是在具體實施過程當中卻存在著冷卻速度相對難控制的問題。為此，在進行金屬熱處理工作時要根據(jù)實際狀況選擇科學(xué)合理的冷卻方式。

通常情況下，工程量較大的情況下使用分級淬火冷卻方法，根據(jù)不同性質(zhì)的金屬材料選擇不同等級的淬火冷卻方式，做到一對一選擇，以此來降低金屬材料熱處理變形的幾率；而熱處理工程量較小的情況則優(yōu)先使用單液淬火冷卻方式，該冷卻方法便于操作、應(yīng)用便捷，且成本相對較低，適用于小規(guī)模的金屬熱處理工程。

當前，我國最為常用的兩種淬火介質(zhì)是水和油，這兩種介質(zhì)各有優(yōu)勢，且有自身的使用要求。通常情況下，油在低溫區(qū)（200℃ ～300℃）的冷卻能力較理想，在高溫區(qū)（550℃～650℃）的冷卻能力太低，而水在低溫區(qū)的冷卻能力卻太大，在高溫區(qū)的冷卻能力還不夠強。

為此相關(guān)工作人員要立足實際情況選擇合適的淬火介質(zhì)[2]。如果淬火介質(zhì)選擇的不夠合理，那么在熱處理過程當中就會增強金屬材料的內(nèi)部應(yīng)力，使金屬材料出現(xiàn)變形的問題，嚴重的甚至?xí)?dǎo)致金屬材料裂開。

在試生產(chǎn)某款電機軸的過程中，試驗過將常規(guī)油冷淬火方式改為分級淬火方式，試驗結(jié)果見后文。

1.3 通過回火加工實現(xiàn)變形控制

回火加工在金屬材料熱處理工作當中占據(jù)著一個重要地位，金屬材料淬火后不經(jīng)回火一般是不能直接使用的，及時回火能避免金屬工件在放置過程中發(fā)生變形或開裂，因此回火直接影響著金屬材料成品的質(zhì)量。

回火根據(jù)溫度高低可分為150℃ ～250℃的低溫回火，350℃ ～500℃的中溫回火，500℃ ～650℃的高溫回火，對應(yīng)的硬度結(jié)果分別為58HRC～64HRC、35HRC～45HRC、25HRC～35HRC。在回火過程中，回火的保溫時長對控制金屬材料淬火的變形量起到了非常關(guān)鍵的作用?；鼗饡r間不足則應(yīng)力消除不充分，而回火時間過久則影響最終的硬度。

2 電機軸花鍵的金屬熱處理變形的實驗分析

為了驗證關(guān)于電機軸的金屬熱處理變形控制方法的實效性和應(yīng)用價值，特意進行了實驗分析。此次實驗以電動汽車電機軸的花鍵參數(shù)為例，實驗采取對照組方式，1組采取傳統(tǒng)金屬熱處理方法，2組使用改進后的金屬熱處理方法，具體實驗數(shù)據(jù)如表1 所示，圖1、圖2 分別為實驗1組實驗2組中代表性電機軸的齒累檢測結(jié)果。

圖1 熱處理后的兩組齒輪對比

圖2 兩組齒輪公差值對比

表1 實驗數(shù)據(jù)表

通過表1 實驗數(shù)據(jù)資料表可以發(fā)現(xiàn)，在對電動汽車電機軸金屬材料進行淬火溫度為840℃，冷卻方式為油冷和分級淬火的熱處理工藝時，兩種熱處理技術(shù)的齒形、齒向、齒距累積公差值都有所不同，其中1組的齒形、齒向、齒距累積公差值均比較大，且變動范圍大。而2組齒形、齒向、齒距累積公差值相對較小，變動范圍也小。

3 結(jié)語

總而言之，在對金屬材料進行熱處理時由于一些固有的因素會導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生變形的問題，影響金屬材料的性質(zhì)和屬性。因此，根據(jù)產(chǎn)品特性合理的選擇金屬材料，根據(jù)金屬材料特性合理選擇熱處理工藝以及控制其中的變形因素，就可以充分發(fā)揮金屬材料特性，減少熱處理過程中材料變形的概率。