陳吉
（重慶江北機(jī)械有限責(zé)任公司）

　　摘　要：軸類零件通常在比較大的動(dòng)載荷作用下工作，它們承受著拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)或剪切的作用，并且軸承位表面還要有一定的硬度，有利于后續(xù)的磨削加工，所以此類零件常通過(guò)調(diào)質(zhì)處理來(lái)增強(qiáng)其性能。由于尺寸效應(yīng)，大直徑軸類零件淬火后并不能得到馬氏體組織（根據(jù)淬火后的硬度值對(duì)比其半馬氏體硬度值得出）。本文介紹了正火+改進(jìn)后的調(diào)質(zhì)工藝的具體實(shí)施方案，并在生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：45鋼；大直徑；軸類零件；調(diào)質(zhì)
　　0　引言
　　本廠的分離機(jī)械都是在一定的旋轉(zhuǎn)速度下工作的，動(dòng)力傳輸主要靠軸類零件的扭轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于這些軸類零件，它們要承受彎曲、扭轉(zhuǎn)等復(fù)合應(yīng)力的作用，所以這些軸類零件需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理來(lái)達(dá)到使用狀態(tài)。我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：小直徑軸類零件（直徑尺寸小于80mm）的調(diào)質(zhì)處理都不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，而大直徑軸類零件，尤其是直徑超過(guò)200mm的零件，按照熱處理規(guī)范加熱、保溫、冷卻后出現(xiàn)淬火硬度不足，表面硬度甚至都沒(méi)有達(dá)到半馬氏體的硬度。因此后續(xù)的回火處理也得不到回火索氏體組織。但為了達(dá)到技術(shù)要求的硬度值，通常就采用中溫或低溫回火或來(lái)適當(dāng)降低或者不降硬度值的回火方式?；鼗疬^(guò)程僅僅相當(dāng)于一次去應(yīng)力處理，并沒(méi)有達(dá)到回火的真實(shí)目的――得到回火索氏體組織。問(wèn)題的根源我們就一目了然了，就是要在淬火的這個(gè)步驟使零件有效層深度達(dá)到半馬氏體的狀態(tài)，得到我們需要的馬氏體組織，實(shí)際生產(chǎn)中我們沒(méi)有條件也沒(méi)有必要每件零件都去做金相試驗(yàn)檢測(cè)馬氏體含量，其實(shí)我們可以通過(guò)測(cè)量其淬火硬度來(lái)間接檢測(cè)馬氏體含量。

　　1　淬火硬度不足的理論分析
　　為什么小直徑零件淬火后有效深度內(nèi)的硬度能超過(guò)半馬氏體硬度，而大直徑零件甚至連表面都不行呢？其實(shí)這涉及到鋼的尺寸效應(yīng)，即同樣的鋼種，隨著尺寸增大而淬火硬度降低。一般，碳鋼質(zhì)量效應(yīng)大，特殊鋼質(zhì)量效應(yīng)小。因此，對(duì)于碳鋼來(lái)說(shuō)，大尺寸零件就不能充分淬硬，而特殊鋼即使是大尺寸零件也能充分淬硬。

　　尺寸效應(yīng)也可以用另一種方式來(lái)闡述，由于碳鋼零件的Ms點(diǎn)較低，所以要求零件淬火過(guò)程中在冷卻介質(zhì)中的冷卻速度要快。然而大直徑零件充分加熱后，由于自身體積大，吸收的熱量多，鋼件導(dǎo)熱系數(shù)等影響，在冷卻介質(zhì)中并不能短時(shí)間冷卻下來(lái)，冷卻速度達(dá)不到奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的臨界速度，因而尺寸效應(yīng)較大，轉(zhuǎn)變后得到的組織與正火后的類似。而合金鋼本來(lái)導(dǎo)熱系數(shù)比碳鋼小，又由于加入了合金元素后，提高了馬氏體轉(zhuǎn)變Ms點(diǎn)，從而要求的冷卻速度可以更慢些，使淬火變得更容易，故合金鋼的尺寸效應(yīng)較小。在我們不能改變零件材質(zhì)固有性能和淬火介質(zhì)的冷卻能力的情況下，結(jié)合碳鋼零件的淬透深度為3mm左右，我們可以制定一種新的工藝參數(shù)來(lái)克服大直徑零件的尺寸效應(yīng)。

　　2　改進(jìn)的工藝方案及效果
　　目前工藝內(nèi)容制定為正火+調(diào)質(zhì)處理：正火的目的是改善鍛件的內(nèi)部組織、消除鍛造應(yīng)力、細(xì)化晶粒、使碳化物分布均勻化、降低鍛件的淬火的裂紋傾向，為獲得后續(xù)的良好的力學(xué)性能或?yàn)楹罄m(xù)的熱處理做好組織準(zhǔn)備。由于零件在爐內(nèi)的均溫是通過(guò)傳導(dǎo)傳熱的方式進(jìn)行的，所以我們可以通過(guò)控制保溫時(shí)間來(lái)得到我們需要的均溫厚度。這樣一來(lái)，零件吸收的熱量減少了，而經(jīng)過(guò)有效加熱的一定深度的外層組織就可以在淬火介質(zhì)中快速、充分的冷卻，很容易超過(guò)馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度，得到所需要的淬火組織――馬氏體組織。

　　2.1熱處理工藝主要參數(shù)
　　我們選用GK1600A.3-6主軸為試驗(yàn)對(duì)象，此主軸的材質(zhì)為45鋼，有效直徑為226mm，長(zhǎng)度為1694mm。在本廠內(nèi)屬于典型大直徑工件。加熱爐選用140KW井式爐，加熱方式采用豎直吊裝在井式爐中。采用此方式加熱，工件變形量小，受熱均勻快速，出爐方便快捷，入水后軸身各處的冷卻速度均勻。

　　熱處理工藝參數(shù)值如下：
　　正火，加熱溫度860-880℃，保溫時(shí)間150-180min，冷卻方式空冷；
　　淬火，加熱溫度820-840℃，保溫時(shí)間90-120min，冷卻方式水冷；
　　回火，加熱溫度560-590℃，保溫時(shí)間120-150min，冷卻方式空冷；
　　2.2熱處理后的技術(shù)指標(biāo)
　　因GK1600-NA、GKH1250-NK、GKH1250-NW等機(jī)型的主軸有效截面尺寸相近，而近期又有一定的生產(chǎn)量，所以選作為此次的試驗(yàn)對(duì)象。在此類主軸零件的生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)修改為相應(yīng)的試驗(yàn)工藝參數(shù)，跟蹤記錄處理后的數(shù)據(jù)，以邊生產(chǎn)邊試驗(yàn)的方式檢驗(yàn)修改后的工藝參數(shù)的可行性。

　　三種機(jī)型的主軸件處理后記錄的硬度值如下：
　　GK1600A.3-6主軸，淬火后的硬度值（HB）520，半馬氏體硬度值（HB）391，半馬氏體硬度值（HB）265；
　　GK1250K.3-4主軸，淬火后的硬度值（HB）530，半馬氏體硬度值（HB）391，半馬氏體硬度值（HB）288；
　　GK1250W.3-4主軸，淬火后的硬度值（HB）570，半馬氏體硬度值（HB）391，半馬氏體硬度值（HB）284；
　　2.3小結(jié)
　　從上面硬度值數(shù)據(jù)可知：淬火后的表面硬度值遠(yuǎn)高于半馬氏體硬度值，由此可判定淬火后的有效層組織為馬氏體組織，經(jīng)過(guò)高溫回火后轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w組織，淬火后的金相組織符合熱處理規(guī)范要求。

　　經(jīng)查表可知：直徑大于200mm的工件在尺寸效應(yīng)影響下，淬火后的表面硬度值為HB250左右，試驗(yàn)得到的淬火硬度值反映出修改后的熱處理工藝規(guī)避了碳鋼的尺寸效應(yīng)，從而驗(yàn)證了試驗(yàn)工藝參數(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的可行性。

　　3　結(jié)論
　　經(jīng)過(guò)上述工藝試驗(yàn)的論證，對(duì)于大直徑零件的調(diào)質(zhì)工藝可以按照上述工藝參數(shù)生產(chǎn)。淬火保溫時(shí)間作為本工藝的一個(gè)最重要、最核心的參數(shù)，試驗(yàn)中得出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)很重要。時(shí)間過(guò)短，吸熱量不足，達(dá)不到奧氏體化溫度，組織不發(fā)生轉(zhuǎn)變，得不到淬火結(jié)果。時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，吸熱量過(guò)多，由于尺寸效應(yīng)，也得不到淬火結(jié)果。根據(jù)多次生產(chǎn)試驗(yàn)跟蹤后得出淬火保溫時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為50min/100mm。對(duì)于具體零件尺寸，可先按此保溫?cái)?shù)據(jù)試驗(yàn)一件，根據(jù)實(shí)際情況作必要的調(diào)整后，再進(jìn)行批量生產(chǎn)。

　　【參考文獻(xiàn)】
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來(lái)源：《山東工業(yè)技術(shù)》