五十鈴汽車曲軸的熱處理技術(shù)解析
2008-08-27熱處理車間承擔(dān)著全廠鍛件及相應(yīng)工裝模具熱處理。長(zhǎng)期以來受條件所限，使用的淬火液只有水和普通機(jī)油。對(duì)于中型合金鋼鍛件，尤其是42CrMo鋼制連桿及五十鈴汽車曲軸鍛件，就因存在“水淬開裂油淬不硬”難題，熱處理質(zhì)量一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)。為此，經(jīng)過調(diào)研和試驗(yàn)對(duì)比，選擇PAG淬火介質(zhì)，首先應(yīng)用于42CrMo鋼連桿及五十鈴汽車曲軸的熱處理生產(chǎn)中，取得了顯著成效。
圖1是五十鈴廠為某大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)配套生產(chǎn)的42CrMo鋼制連桿鍛件。該連桿從原材料進(jìn)廠到轉(zhuǎn)出，需經(jīng)過下料、粗車外圓、預(yù)鍛、終鍛、正火、調(diào)質(zhì)、校正、去應(yīng)力、酸洗、去氫、磁探等十幾道工序，而且包括桿體在內(nèi)的大部分表面均不進(jìn)行切削加工。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該連桿采用水淬時(shí)，淬裂率高達(dá)40%之多。改用油淬后，淬火硬度偏低，回火后硬度一次交檢合格率僅達(dá)60%-70%；即使如此，在隨后的力學(xué)性能及金相檢查中仍將有30%～40%的連桿因抗拉強(qiáng)度或沖擊韌度不合格而返工，嚴(yán)重時(shí)需100%的進(jìn)行返工，給熱處理生產(chǎn)帶來很大困難。
五十鈴汽車曲軸是一種42CrMo鋼鍛件(見圖2)，鍛后要求進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。因其截面尺寸相差懸殊，水淬開裂傾向較大，油淬后大截面部位的淬火硬度又偏低，金相組織與力學(xué)性能不合格的情況時(shí)有發(fā)生， 直接影響了曲軸疲勞強(qiáng)度及整機(jī)使用壽命。過去我們?cè)?jīng)對(duì)工藝進(jìn)行過多次技術(shù)改進(jìn)，但是收效甚微。
2 淬火液冷卻循環(huán)裝置的設(shè)計(jì)
42CrMo連桿、曲軸，其熱處理主要由推桿式連續(xù)熱處理爐生產(chǎn)線承擔(dān)。在實(shí)際使用中，為保證淬火液的正常使用，須對(duì)淬火液溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。淬火介質(zhì)的逆溶點(diǎn)為70℃，Z佳使用溫度為(30～60)℃。據(jù)此，我們根據(jù)推桿爐的生產(chǎn)節(jié)拍，經(jīng)過熱平衡計(jì)算，設(shè)計(jì)了一套與該淬火介質(zhì)相配套的冷卻循環(huán)裝置。(見圖3)由圖3可見，該裝置正常工作時(shí)，被鍛件加熱的淬火液通過淬火槽溢流孔流入儲(chǔ)液槽中，由管道泵將淬火液從儲(chǔ)液槽中打入過濾器過濾，再進(jìn)入板式換熱器中與循環(huán)冷卻水進(jìn)行充分的熱交換后重新進(jìn)入淬火槽中使用。如此往復(fù)循環(huán)將淬火液溫度始終控制在工藝要求的范圍內(nèi)(見圖4)。3 工藝的確定及生產(chǎn)應(yīng)用
根據(jù)有關(guān)資料，我們用正交試驗(yàn)方法對(duì)連桿熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選，確定出比較適宜的今禹8―20濃度為12%，并在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過補(bǔ)充試驗(yàn)確定出五十鈴曲軸淬火的濃度為(8―9)％。
隨后我們對(duì)連桿及 曲軸進(jìn)行了生產(chǎn)考核，結(jié)果表明，連桿與曲軸的淬火硬度均達(dá)到或超過了45HRC，與原來用油淬工藝相比，淬火硬度提高(5～10)HRC。金相檢查表明，回火后的組織狀態(tài)較油淬有明顯的改善，故在強(qiáng)度相同的情況下，沖擊韌度比油淬有了大幅度提高，由原來用油淬的80～100J/cm2提高到平均120J／cm2以上，力學(xué)性能與硬度的一次交檢合格率分別達(dá)到100％和95％。目前，42CrMo鋼制連桿與五十鈴曲軸巳累計(jì)生產(chǎn)3萬 余件，不僅淬火效果好，產(chǎn)品合格率高，而且淬火時(shí)無煙氣，改善了生產(chǎn)環(huán)境。此外，和某廠試用過的幾種國內(nèi)外水性淬火介質(zhì)相比，今禹8―20使用濃度低，淬火時(shí)帶出量少，消耗成本僅為油淬的(50～60)％，為我廠增產(chǎn)節(jié)約、節(jié)能降耗帶來較大收益．我廠又將今禹8-20推廣應(yīng)用于其它特種車輛的大、中型合金鋼鍛件的熱處理中，亦取得良好效果，使我廠合金鋼鍛件“水淬開裂，油淬不硬”的難題得以徹底解決。僅此這一項(xiàng)，每年可為我廠節(jié)約輔料消耗及熱處理不良品損失費(fèi)用20余萬元。
4 結(jié)束語
某廠使用淬火介質(zhì)至今已有3年多時(shí)間，累計(jì)處理包括42CrMo鋼在內(nèi)的合金鋼件4000多噸。未發(fā)生淬火介質(zhì)變質(zhì)，冷卻特性變差等質(zhì)量問題，對(duì)解決42CrMo等合金鋼鍛件“水淬開裂，油淬不硬” 問題效果顯著，并且，使用濃度低，粘度小，淬火時(shí)帶出量少，消耗費(fèi)用僅為油淬的50%一60%，可大大減少生產(chǎn)費(fèi)用及不良品的損失費(fèi)用。