本文敘述的是一個重要傳動零件(如圖1所示) ，其整體硬度要求為58 ～62 HRC。從結(jié)構(gòu)上看，其左端80mm 外圓處為零件的重要加工基準，這部分呈環(huán)形開口結(jié)構(gòu)，由于缺乏內(nèi)部支撐，在熱處理的淬火過程中會出現(xiàn)明顯的形狀和尺寸變化。由于機械加工在某裝置上預留的徑向加工余量僅為0.10mm，所以需要對其淬火畸變加以嚴格控制。另外，此零件還具有外螺紋和內(nèi)花鍵等結(jié)構(gòu)，由于該零件在淬火后已呈高硬度狀態(tài)，無法在淬火后進行補充加工，所以這些結(jié)構(gòu)在淬火前就已加工至Z終尺寸。機加工方面對熱處理淬火工序提出允許的淬火畸變量如表1所示。

 　　注：外螺紋和內(nèi)花鍵部分在淬火前后進行檢驗時，分別使用的是同樣規(guī)格的量具，故其允許的名義淬火畸變量為零。

　　一、影響淬火畸變的因素

　　1. 內(nèi)應(yīng)力的影響

　　在通常情況下，淬火零件的畸變包括尺寸變化和幾何形狀變化，但不論哪種畸變，主要都是由于淬火時零件內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力所造成的。根據(jù)內(nèi)應(yīng)力形成原因的不同，又分為熱應(yīng)力與組織應(yīng)力。零件的淬火畸變主要就是這兩種應(yīng)力綜合影響的結(jié)果，如果應(yīng)力大于材料的屈服極限，就會發(fā)生永久性畸變。淬火冷卻是熱應(yīng)力與組織應(yīng)力發(fā)生Z集中的時段，特別是當淬火劑不純或冷卻能力太強時，引起的內(nèi)應(yīng)力更大，畸變也就更為嚴重。在零件淬火冷卻的前期，主要是熱應(yīng)力起作用；在淬火冷卻的后期，起主導作用的是組織應(yīng)力。對于軸承鋼來說，由于其Ms 點較低，殘余奧氏體較多，故其淬火畸變主要是熱應(yīng)力畸變。

　　2. 零件尺寸和形狀的影響

　　一般說來，如果零件截面比較對稱，厚薄相差不大時，則其畸變比較規(guī)則、均勻。反之則零件淬火時除了表里冷卻不同外，零件各個部位間的冷卻也很不均勻，棱角及薄邊部分冷卻較快，而凹陷或溝槽處冷卻較慢。由此可以得出這樣的結(jié)論：截面形狀不對稱的零件在熱應(yīng)力作用下，畸變表現(xiàn)為向快冷面凸起；在慢冷面未淬透的條件下，畸變也將如此；而在慢冷面能淬透的條件下，零件在組織應(yīng)力的作用下畸變表現(xiàn)為向慢冷面凸起。

　　對于上述的零件，由于零件的各部分薄厚不均，在加熱和冷卻時，各部分結(jié)構(gòu)之間存在著較大的溫度差，淬火畸變的傾向十分明顯，所以在升溫和冷卻過程中應(yīng)采取相應(yīng)的措施以減少畸變的程度。

　　3. 機械加工的影響

　　機械加工時，由于零件各部分加工的切削量不同，勢必會造成零件的一部分受到拉應(yīng)力，而另一部分受到壓應(yīng)力。切削越多，這些應(yīng)力也就越大。淬火前，如不對這些應(yīng)力加以消除，就會在淬火時發(fā)生額外的畸變。

　　4. 熱處理工藝的影響

　　適度降低淬火溫度可以使熱應(yīng)力和組織應(yīng)力都相應(yīng)地減小，因而可在一定程度上避免零件發(fā)生畸變。另外，在冷卻階段，降低在Ms 點以下的冷卻速度，也可減少因組織應(yīng)力而引起的畸變。

　　二、熱處理工藝特性分析

　　零件選用的材料是軸承鋼GCr15Si Mn。這種材料在淬火組織中存在著兩種亞穩(wěn)定組織———馬氏體和殘余奧氏體，且有自發(fā)轉(zhuǎn)化或誘發(fā)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定組織的趨勢。同時，零件在淬火后處于高應(yīng)力狀態(tài)，在長時間存放或使用過程中，也極易引起尺寸改變，喪失精度，甚至開裂。通過回火可以消除殘余應(yīng)力，防止開裂，并能使亞穩(wěn)組織轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Ψ€(wěn)定的組織，從而穩(wěn)定尺寸，提高韌性，獲得良好的綜合力學性能。

　　三、為控制淬火畸變而制定的綜合措施

　　1. 增加預備熱處理工序

　　經(jīng)過切削加工的零件，往往存在著較大的殘余應(yīng)力。對于畸變要求較嚴格的零件來說，在Z終淬火前的加工流程中，應(yīng)進行多次去應(yīng)力退火工序。對于該零件，由于加工比較復雜，可在整個工藝流程中進行三次真空去應(yīng)力退火，次的保溫溫度為( 680 ±10) ℃，第二次和第三次的保溫溫度為( 640 ±10) ℃，三次退火的保溫時間均設(shè)定為2h，保溫結(jié)束后均在真空爐的冷卻室里進行冷卻。

　　2. 采用合理的淬火參數(shù)及方法

　　為了避免淬火后零件發(fā)生氧化，影響其加工精度，所以Z好采用真空爐作為淬火加熱設(shè)備。為減小熱應(yīng)力，淬火時的加熱溫度不易太高，時間不宜太長，冷卻速度不宜太快，并應(yīng)盡量保持零件各部分溫度均勻一致。所以相對合理的淬火工藝是：先在再結(jié)晶溫度附近(720 ～750 ℃) 預熱30 ～40min，再隨爐升至( 820 ±10) ℃這一下限淬火溫度，保溫時間縮短至40 ～50min，冷卻方式采用油冷，此時可將真空淬火油的溫度升至60 ℃以上，以減小淬火畸變的傾向。在真空淬火時，還可專門設(shè)計一個簡易的淬火套圈對環(huán)形開口部位加以固定。零件在裝夾時，可采用大頭向下、孔口朝上的裝夾方式，大而厚的部分先入油，小而薄的部分后入油，這樣就可以進一步起到防止畸變的效果。

　　淬火后，為了盡可能減少殘余奧氏體的含量，可迅速進行- 70 ℃以下的冷處理，冷處理的時間為1. 5 ～2h。冷處理后，零件內(nèi)的殘余奧氏體的含量將會降至6% 以下，這樣就可達到穩(wěn)定零件尺寸的目的。冷處理后，零件應(yīng)在油爐中進行回火，回火的溫度為( 180 ±20) ℃，保溫時間為3 ～4h，冷卻采用空冷的方式。綜上所述，本零件各熱處理工序及其工藝曲線如圖2 所示。

 　　四、工藝效果

　　通過采用以上的改進措施，經(jīng)過近10個批次的生產(chǎn)試驗，該零件的外螺紋和內(nèi)花鍵這兩個部位允許畸變量的合格率均為100 %，80mm 外圓對軸線跳動量以及其尺寸變化量的合格率均超過了95% ，取得了較為滿意的效果。

　　五、結(jié)語

　　在工業(yè)生產(chǎn)中，重要和關(guān)鍵的零件大多要進行淬火，淬火中零件發(fā)生畸變是不可避免的，因此為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率，減小淬火畸變是關(guān)鍵任務(wù)之一。經(jīng)過理論分析、制定相應(yīng)的措施并付諸試驗。筆者初步摸索出了一些減小畸變的方法，并取得了一定的成效。