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]。
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。
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。
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。
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。
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。