薄壁件在立式真空油淬爐中的熱處理應(yīng)用

1、薄壁件在立式真空油淬爐中的熱處理應(yīng)用the application research of the vertical vacuum oil quenching furnace of the heat treatment process of thin-walled parts摘要：采用zcl-408立式真空油淬爐，對(duì)不同有效厚度的30crmnsia、30crmnsini2a兩種材料的熱處理工藝進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：zcl-408立式真空油淬爐可用于長(zhǎng)軸桿類(lèi)零件的熱處理，硬度、機(jī)械性能、變形量以及表面光亮度均能滿(mǎn)足技術(shù)要求，能夠很好地解決此類(lèi)零件的淬火變形問(wèn)題，并且淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間也可以滿(mǎn)足合金鋼薄

2、壁細(xì)長(zhǎng)桿件的熱處理技術(shù)的相關(guān)要求。關(guān)鍵詞：薄壁 真空 轉(zhuǎn)移時(shí)間 abstract using a zcl-408 vertical vacuum oil quenching furnace, this study investigated the heat treatment process of the different effective thickness of 30crmnsia and 30crmnsini2a. the results showed that zcl-408 vertical vacuum oil quenching furnace can used in the

3、 heat treatment processing of long axis bar parts, and the rigidity, mechanical properties, deformation and surface brightness can meet the technique requirement. the treatment also can deal with the distortion during quenching. moreover, the quenching transferring time can meet the heat treatment p

4、rocessing requirements of alloy steels thin-walled slender bar.key words： thin-walled, vacuum, transferring time1 前言真空熱處理技術(shù)具有無(wú)氧化、無(wú)脫碳、脫氣、脫脂、表面質(zhì)量好、變形微小、熱處理零件綜合力學(xué)性能優(yōu)異、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)污染無(wú)公害、自動(dòng)化程度高等一系列突出優(yōu)點(diǎn)而得到了迅速的發(fā)展1,2。真空熱處理工藝的研究和應(yīng)用已遍及退火、油（氣）淬、高壓氣淬、滲碳、滲氮、滲金屬、回火、燒結(jié)、釬焊、涂敷、清洗等多個(gè)領(lǐng)域3,4。隨著航空產(chǎn)品對(duì)熱處理質(zhì)量要求的不斷提高，真空熱處理技術(shù)在航空工業(yè)中

5、也得到了日益廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，立式真空油淬爐的使用越來(lái)越多，但是國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)此種設(shè)備的廠(chǎng)家僅有兩家。與國(guó)外設(shè)備相比，在滿(mǎn)足使用要求的情況下，價(jià)格僅有進(jìn)口設(shè)備的1/31/4，性?xún)r(jià)比比較高。立式真空油淬爐主要應(yīng)用于長(zhǎng)軸、長(zhǎng)桿類(lèi)等零件的淬火，與臥式真空油淬爐相比，其變形量大幅度減小，已經(jīng)被航空航天制造企業(yè)成功應(yīng)用于飛機(jī)起落架、立軸、導(dǎo)彈外殼等的淬火。由于三室立式真空淬火爐淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，因此國(guó)內(nèi)對(duì)于薄壁細(xì)長(zhǎng)桿件的應(yīng)用研究不多。我公司生產(chǎn)的零件中，有許多主要受力件屬于薄壁長(zhǎng)桿類(lèi)零件，如：殼體、搖臂、肩軸等，有效厚度為310mm、長(zhǎng)度為7001600mm，材料為30crmnsia、30crmns

6、ini2a，在現(xiàn)有的臥式真空油淬爐和普通箱式電阻爐中淬火，要么變形大，要么氧化脫碳嚴(yán)重，無(wú)法滿(mǎn)足技術(shù)要求。因此我公司采購(gòu)了zcl-408立式真空油淬爐，將零件垂直吊掛，用于解決此類(lèi)零件的淬火。本研究探討了薄壁件在立式真空油淬爐中淬火能否滿(mǎn)足熱處理技術(shù)要求。2 試驗(yàn)設(shè)備、材料及方法2.1 試驗(yàn)設(shè)備2.1.1 技術(shù)參數(shù)試驗(yàn)設(shè)備是從北京航天萬(wàn)源科技集團(tuán)公司購(gòu)買(mǎi)的zcl-408型立式真空油淬爐，其設(shè)備技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2-1。表2-1 zcl-408型立式真空油淬爐技術(shù)指標(biāo)(table 2-1.the data of the technical index of the zcl-408 vertical v

7、acuum oil quenching furnace)序 號(hào)項(xiàng)目指標(biāo)名稱(chēng)設(shè)備參數(shù)值1有效工作區(qū)90018002裝爐量（含工裝）600kg3最高溫度1000c4工作溫度800c1000c5爐溫均勻性10c6極限真空度10-1pa7工作真空度110pa8淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間40s2.1.2 結(jié)構(gòu)介紹zcl-408立式真空油淬爐為立式三室結(jié)構(gòu)，一室是淬火油槽，一室為中間過(guò)渡室，最上端一室為加熱室。具體由爐體、爐膽、隔熱門(mén)、升降機(jī)、送料罐、油罐、油循環(huán)攪拌機(jī)構(gòu)、真空系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等5（見(jiàn)圖1）組成。圖2-1 zcl-408立式真空油淬爐結(jié)構(gòu)圖(fig 2-1)the structure

8、diagram of the zcl-408 vertical vacuum oil quenching furnace2.2 試驗(yàn)材料試驗(yàn)選用的材料由公司供應(yīng)處提供，材料均入廠(chǎng)復(fù)驗(yàn)合格，選用常用的兩種合金鋼：低合金結(jié)構(gòu)鋼30crmnsia和低合金超高強(qiáng)度鋼30crmnsini2a，由機(jī)加廠(chǎng)加工成3mm、10mm厚度的硬度檢測(cè)用試片（長(zhǎng)20mm,寬20mm)和5短比例拉伸試棒。2.3 試驗(yàn)技術(shù)要求及方案2.3.1 工藝試驗(yàn)試片和拉伸試棒均在有效加熱區(qū)內(nèi)按上、中、下三層綁扎，每層放置硬度試片三件，拉伸試棒兩件。淬火采用立式真空油淬爐進(jìn)行，工作真空度110pa,淬火油采用b244真空淬火油，油溫加

9、熱至50c；回火采用jh-36井式回火爐進(jìn)行。淬火采用階梯式升溫，先預(yù)熱然后升溫至淬火溫度，工藝參數(shù)見(jiàn)表2-2： 表2-2熱處理工藝參數(shù)（table 2-2 the data of technological parameters of heat treatment ）材料牌號(hào)預(yù)熱溫度（c ）預(yù)熱時(shí)間（min )淬火溫度（c ）保溫時(shí)間（min)冷卻介質(zhì)回火溫度（c ）保溫時(shí)間（min)冷卻介質(zhì)30crmnsia6002030900105070油5006090熱水30crmnsini2a6002030900105070油250180240空氣2.3.2 機(jī)械性能要求(見(jiàn)表2） 表2 -3 機(jī)械

10、性能要求 6(table 2-3 the data of mechanical standard)材料牌號(hào)硬度（hrc)抗拉強(qiáng)度（b）（mpa)屈服強(qiáng)度（0.2）（mpa)延伸率（5）(%)斷面收縮率（）(%)30crmnsia351080835104530crmnsini2a471570-9453 試驗(yàn)結(jié)果及分析3.1 30crmnsia試驗(yàn)數(shù)據(jù)首先對(duì)樣品進(jìn)行了900的淬火，處理結(jié)果見(jiàn)表3-1。 表3 -1.900c淬火后硬度值（table.3-1 hardness numbers after quenching at 900 c）樣品位置樣品厚度（mm)硬度（hrc）上35049.5501

11、04950.550中34949.5491050.55151.5下34950.5491049.550.551從表3-1可以看出3mm厚和10mm厚的薄壁件30crmnsia在加熱區(qū)內(nèi)按上、中、下三層綁扎后在900c淬火后的硬度值49hrc，在中層10mm的薄壁件的硬度最高可達(dá)到51.5hrc。都符合30crmnsia的機(jī)械性能的要求（35hrc）。（分析下原因更好）隨后對(duì)樣品進(jìn)行了抗拉強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3-2。表3-2 500c回火后抗拉強(qiáng)度（mpa)(table3-2.tensile strength after tempering at 500)試樣位置抗拉強(qiáng)度b（mpa)屈服強(qiáng)度0.

12、2（mpa)延伸率5(%)斷面收縮率(%)上12401230100099816165160中126012201020957142046 70下124012401010102515185548表3-2表明30crmnsia樣品在在加熱區(qū)內(nèi)按上、中、下三層綁扎后樣品在500c回火后的抗拉強(qiáng)度b在中層達(dá)到最大值1260mpa，抗拉強(qiáng)度值較小1220mpa，下層可均勻達(dá)到1240mpa，三層總體都達(dá)到30crmnsia機(jī)械性能的要求（1080mpa）。對(duì)于屈服強(qiáng)度0.2，樣品在下層中達(dá)到最大值1025mpa，上層較為均勻達(dá)到1000mpa，中層的屈服強(qiáng)度0.2值最小為957mpa，三層總體上也滿(mǎn)足30

13、crmnsia機(jī)械性能的要求（835mpa）。延伸率5在中層達(dá)到最大值20%，在上層中比較均勻，延伸率5均為16%，總體也達(dá)到30crmnsia機(jī)械性能的要求（10%）。斷面收縮率，在中層達(dá)到最大值70%，在中層最小值為46%。三層總體都達(dá)到30crmnsia機(jī)械性能的要求（45%）回火處理后的硬度見(jiàn)表3-3。表3-3 500c回火后硬度（hrc)table 3-3 hardness numbers after tempering at 500樣品位置厚度（mm)硬度（hrc）上33938.539103839.539中33838.5381039.54040.5下33839.537.51038.

14、539.539.5表3-3可以看出樣品經(jīng)500回火后，10mm薄壁件的硬度在中層達(dá)最大值40.5hrc，而3mm 薄壁件的硬度在下層達(dá)到最小值37.5。三層樣品的硬度均達(dá)到30crmnsia的硬度要求（35hrc）。3.2 30crmnsini2a試驗(yàn)數(shù)據(jù)由于30crmnsini2a試驗(yàn)數(shù)據(jù)的淬火硬度表和回火后基本一致，回火后的抗拉強(qiáng)度見(jiàn)表3-4。 表3-4 250c回火后抗拉強(qiáng)度（mpa)(talbe3-4.tensile strength after tempering at 250)試樣位置抗拉強(qiáng)度b（mpa)延伸率5(%)斷面收縮率(%)上1720171010125063中170017

15、0814156852下1720172211145448從表3-4可以看出：30crmnsini2a樣品的抗拉強(qiáng)度b在下層中達(dá)到最大值1722mpa，在中層的抗拉強(qiáng)度最小值為1700mpa都復(fù)合30crmnsini2a的機(jī)械性能要求（1570hrc），延伸率5也基本滿(mǎn)足30crmnsini2a的機(jī)械性能要求（8%），斷面收縮率在中層中達(dá)到最大值68%，在下層中達(dá)到最小值48%且都能滿(mǎn)足0crmnsini2a的斷面收縮率的要求（45%）。表3-5 250c回火后硬度（hrc)(table3-5.hardness numbers after tempering at 250)樣品位置厚度（mm)硬度

16、（hrc）上349.550501049.54949.5中350.549.550105049.549.5下35050.55010495049.5表3-5表明30crmnsini2a樣品中，3mm、10mm薄壁件在經(jīng)過(guò)250c回火后硬度值都滿(mǎn)足機(jī)械性能的要求（35hrc）?？傊?，從淬火后硬度數(shù)據(jù)以及回火后硬度和強(qiáng)度數(shù)據(jù)可以看出，采用立式真空油淬爐淬火可以滿(mǎn)足薄壁件淬火的需求，淬硬性和強(qiáng)度符合30crmnsia和30crmnsini2a技術(shù)要求。試驗(yàn)結(jié)束后，我們相繼對(duì)搖臂、肩軸、殼體等薄壁零件在立式真空油淬爐中進(jìn)行了熱處理，硬度、機(jī)械性能、變形量以及表面光亮度均滿(mǎn)足了技術(shù)要求，已成功應(yīng)用于產(chǎn)品中，使

17、用效果良好。hb/z191規(guī)定淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間一般應(yīng)不超過(guò)25s7,而立式真空油淬爐分三室，且尺寸較大，很難滿(mǎn)足這樣的要求。我們使用的立式真空油淬爐淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間為40s（從開(kāi)啟中間隔熱門(mén)開(kāi)啟開(kāi)始計(jì)時(shí)，到零件全部沒(méi)入油槽結(jié)束計(jì)時(shí)），而零件開(kāi)始離開(kāi)加熱室到零件全部沒(méi)入油槽的時(shí)間只有20s，真空中的加熱速度比鹽浴和可控氣氛爐慢1，那么真空狀態(tài)下零件的溫度降低速度也比在大氣狀態(tài)下慢，因此，立式真空油淬爐的40s的淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間是可以滿(mǎn)足合金鋼真空熱處理的技術(shù)要求的。5 結(jié)論立式真空油淬爐可用于長(zhǎng)軸桿類(lèi)零件的熱處理，能夠很好地解決此類(lèi)零件的淬火變形問(wèn)題，因此能夠被廣泛應(yīng)用，我們通過(guò)對(duì)3、10mm厚試片的熱處理的試驗(yàn)研究，說(shuō)明立式真空油淬爐淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間可以滿(mǎn)足我公司合金鋼薄壁細(xì)長(zhǎng)桿件的熱處理技術(shù)要求。參考文獻(xiàn)1閻承沛，真空熱