渗碳钢件锻造毛坯预先热处理的现状及存在的问题

  锻造毛坯的预先热处理,不仅对切削加工性能有极大的影响,而且对最终热处理变形也有重大影响。为了提高齿坯的可切削性,消除锻造应力,使组织均匀化,目前国内对渗碳钢齿坯普遍采用正火处理。正火是将钢材或钢件加热到临界点Ac3或Acm以上的适当温度,保持一定时间后在空气中冷却,得到珠光体类组织的热处理工艺。正火是一种传统的老工艺,因其设备、工艺要求简单,能耗少,一直被广泛采用,但并非完美无缺。

  随着汽车工业的发展及对产品质量要求的提高,特别是引进车型用钢材料的多样化,普通的正火处理已达不到齿坯预先热处理的目的。鉴于普通正火处理是将钢件加热到高温奥氏体化后在空气中(有时吹风)冷却到室温,属于毛坯热处理,加之以往对正火钢件要求的硬度范围较宽(156~207HBS),一般不检查显微组织,加之又多在锻造工厂(车间)进行,故通常容易被人们所忽视。对于锻件正火后究竟需要获得什么样的显微组织形态和硬度指标,既缺乏深入理论研究,又缺少生产性实践探讨。实际上我国目前普遍存在这类零件切削后表面粗糙、切削刀具使用寿命低、渗碳淬火前后变形波动较大等问题,这些与正火显微组织不良、硬度不佳有密切的关系。

  在实际生产中,渗碳钢锻造毛坯经正火处理后,由于不能控制正火的冷却速度,因此奥氏体分解相变无法控制,必然在一个温度区间内连续进行,因而获得的显微组织和硬度也可能不同。有些钢件由于冷却速度较大,有可能局部甚至全部获得非平衡组织(α-Fe魏氏组织、贝氏体等),这不仅影响切削加工性能,而且也会改变钢件渗碳淬火后的变形规律,会因变形过大而报废,这种情况在淬透性波动较大的钢中更易出现。对于冷却速度较小的钢件,由于钢的硬度过低,切削时易发生塑性变形,形成切削瘤,出现“粘刀”、“烧刀”现象。一般热处理的变形量随机加工变形量的增大而增大,由于机加工工艺不当,如拉削速度过快、刀具磨损切削时所造成的残余应力、拉削过程中基准面不平、存在铁屑等异物、齿轮拉花键孔时出孔方向不当等都可使热处理变形量增大。通过改进机加工工艺,加工变形量可得到有效控制。

  近年来,随着引进车型带来齿轮材料多样化和对齿轮质量的高标准要求,采用普通正火处理已难以满足汽车生产的要求。锻件的正火处理不仅要求硬度在一个较窄的范围之内(钢件切削加工时易断屑、表面光洁),而且要求获得稳定的显微组织(较粗的铁素体晶粒加较细的珠光体),以改善切削加工性能及稳定渗碳淬火后的变形规律。美国金属学会向能源部提交的国际研发计划中,提出的目标之一就是“努力达到热处理零件的零变形和最大限度的均匀性”。为了满足上述要求,需对正火工艺进行改进,以获得正火所要求的显微组织和硬度范围。