牛偉，張妍，運(yùn)永佳，白明喜，史爽

撫順特殊鋼股份有限公司 遼寧撫順 113001

1 序言

齒輪鋼的淬透性是滲碳熱處理變形的重要影響因素之一，選擇合理的淬透性區(qū)間對(duì)減小齒輪熱處理變形和保證齒輪的疲勞強(qiáng)度具有重要的意義[1，2]。末端淬火試驗(yàn)是測(cè)定鋼的淬透性的一種試驗(yàn)方法，國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)均根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（GB/T 225—2006等效于ISO 642：1999），采用鋼的末端淬火試驗(yàn)檢測(cè)鋼的淬透性。試驗(yàn)步驟主要包括：①將一圓柱形試樣加熱至奧氏體區(qū)域內(nèi)某一規(guī)定的溫度，并按規(guī)定保溫一定時(shí)間。②在規(guī)定的條件下對(duì)其端面進(jìn)行噴水淬火。③在試樣縱向磨制平面上規(guī)定位置測(cè)量硬度，根據(jù)鋼的硬度值變化確定其淬透性[3]。因試樣一端噴水冷卻，另一端空氣冷卻，所以造成冷卻速度不同，導(dǎo)致試樣長(zhǎng)度方向的組織、性能、硬度也不同。一般采用表面至半馬氏體組織的距離作為淬硬層深度，并用這個(gè)淬硬層深度衡量材料的淬透性指標(biāo)。淬透層越深，表明鋼的淬透性越高[4]。

2 影響末端淬火試驗(yàn)的影響因素與經(jīng)驗(yàn)方法

2.1 試樣的制取與經(jīng)驗(yàn)方法

GB/T 225—2006《鋼 淬透性的末端淬火試驗(yàn)方法》對(duì)試樣的取樣位置和尺寸已有明確規(guī)定，分別是：①用熱軋或鍛造制成直徑為30～32mm的樣坯。②也可用機(jī)加工的方法制成φ25+0.5+0mm的樣坯，其軸線與產(chǎn)品表面的距離應(yīng)為20+0.5+0mm，如圖1所示。

圖1 試樣取樣位置

在實(shí)際加工過程中，為降低生產(chǎn)成本及加快檢驗(yàn)進(jìn)度，大多數(shù)采用第二種加工方法，如偏心車、中空鉆等取樣方式。試樣取下后，需要對(duì)兩個(gè)試樣平面做出標(biāo)記，以保證試驗(yàn)的兩個(gè)平面檢測(cè)的硬度值沒有差異，我們的經(jīng)驗(yàn)方法是在兩個(gè)試驗(yàn)平面的軸向大字頭進(jìn)行標(biāo)記，但是字頭不能打在淬火端。由于鋼材存在成分偏析等問題，因此如果兩個(gè)試驗(yàn)平面距離鋼材表面不等、檢測(cè)結(jié)果相差較大，則建議在偏心車或中空鉆前，先進(jìn)行打字頭標(biāo)識(shí)清楚。

2.2 熱處理操作的規(guī)范性與經(jīng)驗(yàn)方法

試樣坯料在進(jìn)行熱處理時(shí)，熱處理操作的準(zhǔn)確性對(duì)檢測(cè)結(jié)果有較大的影響[5]。《鋼 淬透性的末端淬火試驗(yàn)方法》中規(guī)定試樣熱處理過程包括正火和淬火兩部分，如產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定正火溫度，應(yīng)按協(xié)議或由檢驗(yàn)部門進(jìn)行選擇，正火保溫時(shí)間應(yīng)為30+0.5+0min；淬火加熱溫度按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或特殊協(xié)議中規(guī)定的溫度執(zhí)行，加熱時(shí)間≥20min，隨后在規(guī)定的溫度保溫30+0.5+0min，試樣從出爐到淬水時(shí)間≤5s，噴水時(shí)間≥10min。

在實(shí)際操作過程中，需要注意以下幾點(diǎn)。

1）熱處理爐窯溫度均勻性必須按照GB/T 9452—2012或AMS 2750E規(guī)范進(jìn)行校準(zhǔn)，最好選用±5℃以上級(jí)別的爐窯，保證溫度均勻性。

2）保溫時(shí)間嚴(yán)格按照GB/T 225—2006規(guī)定時(shí)間執(zhí)行，加熱時(shí)間可根據(jù)裝爐量多少進(jìn)行計(jì)算或采用負(fù)載熱電偶方式進(jìn)行標(biāo)定測(cè)量。

3）試樣正火出爐后散放，保證正火冷卻效果。

4）在淬火過程中，由于試樣在加熱時(shí)會(huì)與爐中空氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，因此為預(yù)防試樣發(fā)生氧化脫碳現(xiàn)象，我公司制作一種套筒，目的是防止試樣直接與空氣接觸而產(chǎn)生氧化現(xiàn)象，如圖2所示。套筒內(nèi)徑尺寸略大于試樣尺寸，套筒底部裝有少許碳粉，起到防止氧化脫碳的目的。

圖2 套筒示意

5）端淬機(jī)水柱高度需要每天進(jìn)行測(cè)量，盡可能采用生活飲用水，避免工業(yè)用水中含有鹽類等雜質(zhì)，增加試樣淬火冷卻能力。

6）端淬機(jī)水溫必須嚴(yán)格控制，保持恒溫。值得注意的是，環(huán)境溫度也應(yīng)保持恒定，這就需要端淬機(jī)處于恒溫密閉空間，我公司采取有空調(diào)的獨(dú)立操作間，避免冬夏環(huán)境溫度對(duì)試樣淬火造成影響。

2.3 試樣的加工與經(jīng)驗(yàn)方法

《鋼 淬透性的末端淬火試驗(yàn)方法》中規(guī)定試樣淬火后在平行于試樣軸向上磨制出兩個(gè)相互平行的平面，用于測(cè)量硬度。磨削深度應(yīng)為0.4～0.5mm。磨制硬度測(cè)試平面時(shí)，應(yīng)采用能供充足冷卻液的細(xì)砂輪進(jìn)行加工，以防止任何可能的加熱而引起試樣組織發(fā)生變化。

試樣質(zhì)量直接影響著試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性[6]，為此在實(shí)際試樣加工時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)。

1）在磨制測(cè)試平面前，應(yīng)對(duì)平面砂輪進(jìn)行檢查、修磨，保證測(cè)試硬度的兩個(gè)平面相互平行且與試料表面的距離相等。

2）磨床磨制過程中嚴(yán)格控制磨床的進(jìn)給量，每次應(yīng)≤0.05mm，磨削深度控制在0.4～0.5mm，試樣磨削面寬度應(yīng)控制在5～7mm。

3）磨制過程中應(yīng)避免磨削平面深淺不一和磨制過熱現(xiàn)象，表面粗糙度控制在Ra≤0.8μm。

2.4 硬度檢測(cè)與經(jīng)驗(yàn)方法

《鋼 淬透性的末端淬火試驗(yàn)方法》中規(guī)定硬度計(jì)上試樣的移動(dòng)裝置應(yīng)能準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)硬度檢測(cè)平面的中心線，并控制壓痕直徑位置精度在±0.1mm以內(nèi)。

實(shí)際檢測(cè)硬度過程中需要注意以下幾點(diǎn)：

1）每次檢測(cè)前，需要按照GB/T 230采用洛氏硬度標(biāo)塊對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)。

2）如條件允許，應(yīng)盡可能使用帶有自動(dòng)定位系統(tǒng)的硬度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。我公司使用的是意大利AFFRI公司生產(chǎn)的MRS型洛氏端淬硬度計(jì)，配有四工位載物臺(tái)，測(cè)試開始時(shí)平臺(tái)自動(dòng)移動(dòng)，從零點(diǎn)到試樣測(cè)試對(duì)應(yīng)點(diǎn)位自動(dòng)控制，單個(gè)試樣測(cè)試結(jié)束后，傳送帶將試樣移動(dòng)到下一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，繼續(xù)測(cè)試，測(cè)試點(diǎn)位置由試驗(yàn)機(jī)自己控制，保證了測(cè)試點(diǎn)位置的準(zhǔn)確性。

3）如采用手動(dòng)洛氏硬度計(jì)進(jìn)行末端淬透性硬度檢測(cè)，可使用游標(biāo)卡尺在試樣檢測(cè)面劃線定位的方式來完成，但手工劃線檢測(cè)出來的測(cè)試點(diǎn)基本不呈一條直線，很難保證試樣在中心線上，會(huì)影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性

4）無論是采用全自動(dòng)硬度計(jì)還是手動(dòng)硬度計(jì)，在測(cè)試前都需要保證試樣兩個(gè)測(cè)試平面干凈，無油污、銹蝕，測(cè)試平臺(tái)需要清理干凈，沒有氧化鐵皮等雜質(zhì)，防止試樣不平，保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5）無論是采用全自動(dòng)硬度計(jì)還是手動(dòng)硬度計(jì)，在測(cè)試硬度時(shí)，需要在測(cè)試前打一空點(diǎn)，這樣才能保證測(cè)試點(diǎn)的洛氏硬度值準(zhǔn)確。

3 結(jié)束語

齒輪鋼末端淬透性值的高低雖然取決于化學(xué)成分、冶煉工藝和澆注方式，但是最終的評(píng)定卻依賴于末端淬火試驗(yàn)。通過對(duì)《鋼 淬透性的末端淬火試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)的研究及長(zhǎng)期的實(shí)踐總結(jié)，末端淬火試驗(yàn)的影響因素主要包括試樣的制取、熱處理操作的規(guī)范性、試樣的加工、硬度檢測(cè)等方面。關(guān)鍵步驟在于：①取樣時(shí)應(yīng)保證試驗(yàn)平面距離試樣表面相等的位置。②熱處理加熱時(shí)不僅應(yīng)保證試樣均勻透燒，而且采取措施防止試樣氧化脫碳。③淬火過程端淬機(jī)參數(shù)準(zhǔn)確，水溫及環(huán)境溫度恒定。④硬度檢測(cè)時(shí)保證測(cè)試點(diǎn)在試樣平面的中心線上并保持標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的距離。