汽車半軸熱處理工藝

1、40Cr鋼汽車半軸的熱處理工藝*（中國礦業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇徐州 ）摘要: 制定40Cr 鋼退火、正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)熱處理工藝, 測定在各種熱處理情況下試樣的硬度和沖擊韌性, 并進行材料的金相組織分析, 得出了40Cr 鋼調(diào)質(zhì)處理具有良好綜合性能的結(jié)論。關(guān)鍵詞：汽車半軸；熱處理工藝；金相組織；性能 1 引言 汽車半軸是汽車的重要部件之一, 要求具有合理的最佳的靜扭強度和抗扭轉(zhuǎn)疲勞性能. 是在汽車運行中承受自重和貨物重量, 并傳遞扭矩的重要零件,常采用40Cr 鋼制造, 其產(chǎn)品質(zhì)量直接影響著整車的性能。40Cr 鋼屬于亞共析鋼, 緩冷至室溫后的顯微組織為鐵素體加珠光體, 含有較少

2、的合金元素, 屬于低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼, 經(jīng)適當(dāng)熱處理后具有較高的強度、良好的塑性和韌性, 即具有良好的綜合力學(xué)性能, 常用于制造汽車的連桿、螺栓、傳動軸及機床主軸等機械零件。2 分析汽車半軸的加工工藝流程如下：半軸材料采購下料花鍵加熱鍛造鐓花鍵成形另一端加熱鍛造預(yù)鐓制坯加熱半軸盤端擺輾成形淬火回火校直拋丸銑端面鉆中心孔校正粗車半軸法蘭盤外端面和花鍵外圓粗車法蘭盤內(nèi)端面和外圓精車法蘭端和花鍵外圓銑花鍵清洗中頻淬火回火校正無損檢測鉆半軸法蘭盤孔磨半軸法蘭軸頸精車半軸法蘭內(nèi)端面拋光清洗打標(biāo)包裝。對于40Cr的熱處理，采用預(yù)備熱處理和最終熱處理。調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)熱加工后, 必須經(jīng)過預(yù)備熱處理來降低硬度, 便于

3、切削加工, 消除熱加工時造成的組織缺陷,細(xì)化晶粒, 改善組織, 為最終熱處理做好準(zhǔn)備。對于40Cr 鋼而言, 可進行正火或退火處理。調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火。一般可以采用較慢的冷卻速度淬火, 可以用油淬以避免熱處理缺陷。當(dāng)強度較高時, 采用較低的回火溫度, 反之選用較高的回火溫度。鐵碳合金相圖40Cr的化學(xué)成分及臨界溫度見表1 從鐵碳合金相圖可以看出：40Cr鋼屬于亞共析鋼, 在緩慢冷卻到室溫后的組織為鐵素體和珠光體。從鋼的分類來看, 40Cr鋼屬于調(diào)質(zhì)鋼, 具有很高的強度及良好的塑性和韌性,也就是有良好的機械性能。40Cr鋼主要應(yīng)用于制造業(yè)，特別是機械類制造的材料。表1所示的是40

4、Cr 的化學(xué)成分及臨界溫度。40Cr鋼的熱處理，各種參數(shù)都有規(guī)定，在實際操作中應(yīng)注意：（1）40Cr 工件淬火后應(yīng)采用油冷，40Cr 鋼的淬透性較好，在油中冷卻能淬硬，而且工件的變形、開裂傾向小，操作者要憑經(jīng)驗嚴(yán)格掌握入水、出水的溫度。（2）40Cr 工件調(diào)質(zhì)后硬度仍然偏高，第二次回火溫度就要增加，不然，硬度降低困難。（3）40Cr 工件高溫回火后，形狀復(fù)雜的在油中冷卻，簡單的在水中冷卻，目的是避免第二類回火脆性的影響?；鼗鹂炖浜蟮墓ぜ?，必要時再施以消除應(yīng)力處理。本文根據(jù)對40Cr 鋼分別采用退火、正火、淬火、不同的回火溫度情況下的熱處理, 測定不同情況下試樣的硬度與沖擊韌性值。3 熱處理工藝

5、參數(shù)的選擇對40Cr鋼分別采用退火、正火、淬火、不同的回火溫度情況下的熱處理, 測定不同情況下試樣的硬度與硬度值。制定了調(diào)質(zhì)熱處理工藝參數(shù)，如表2 所示。表2 40Cr 調(diào)質(zhì)熱處理工藝參數(shù)4 熱處理工藝的制定4.1退火工藝的制定 圖1 為退火及正火工藝曲線圖。加熱溫度: Ac3+(3050)，由此確定加熱溫度為850; 保溫時間:120min; 冷卻方式: 隨爐冷卻。圖1退火及正火工藝曲線圖 4.2正火工藝的制定 加熱溫度: Ac3+(3050),由此確定加熱溫度為850; 保溫時間:120min; 冷卻方式:空冷。 4.3淬火工藝的制定 圖2 為淬火工藝曲線圖。加熱溫度: Ac3+(3050

6、),由此確定加熱溫度為850; 保溫時間:80min;冷卻方式: 油冷。 圖2淬火工藝曲線圖4.4回火工藝的制定亞共析鋼的低溫回火溫度為150300,但鋼材的第一類回火脆性溫度在250400,由于40Cr中含有硅、錳、鉻等合金元素, 第一類回火脆性溫度將有所增高,所以選用低溫回火溫度為240;保溫時間為60min;采用空冷。中溫回火溫度350500,選用溫度為460;保溫時間為50min;空冷。高溫回火溫度為500650,可選用加熱溫度為620;保溫時間60min;空冷。5 40Cr熱處理沖擊韌性與硬度為了檢測各組試樣在熱處理后的硬度, 對退火和正火的試樣進行布氏硬度的檢測，對淬火后低溫回火、

7、中溫回火和高溫回火的試樣進行洛氏硬度的檢測，對調(diào)質(zhì)處理與油淬后的試樣進行沖擊韌性檢測。其結(jié)論如表3 - 表5 所示。6 40Cr熱處理后的金相組織分析6.1正火熱處理 正火是加熱、保溫后在空氣中冷卻, 其冷卻速度比爐冷快, 珠光體轉(zhuǎn)變溫度低, 因此正火后獲得的珠光體比退火后的珠光體更細(xì)一些, 并用3 % 4 % 硝酸酒精進行腐蝕，得到正火的金相組織應(yīng)為鐵素體和珠光體組織。作用：正火工藝作為預(yù)先熱處理工藝，目的是均勻組織、細(xì)化晶粒、改善切削加工工藝性能，為最終調(diào)質(zhì)做好組織準(zhǔn)備。40Cr正火后的金相組織示意圖如圖3所示。圖3 40Cr鋼正火后的組織(4% 硝酸酒精)6.2調(diào)制處理調(diào)質(zhì)熱處理是淬火加

8、高溫回火, 其室溫組織為回火索氏體。作用：淬火是為了得到馬氏體組織，以便通過回火使工件獲得良好的使用性能。高溫回火處理時，針對40Cr鋼回火后慢冷易產(chǎn)生第二類回火脆性的特點，鋼件回火后的冷卻方式應(yīng)選擇油冷，而不是空冷。鋼件經(jīng)油冷后，所產(chǎn)生的熱應(yīng)力小、韌性好。經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，工件可獲得綜合力學(xué)性能良好的回火索氏體組織，保證了鋼件的強韌性40Cr鋼沒有經(jīng)過熱處理的組織為珠光體, 并用4% 硝酸酒精進行腐蝕，得到的金相組織為回火索氏體，40Cr 調(diào)質(zhì)熱處理后的組織示意圖如圖4所示。圖4 40Cr鋼調(diào)制后的組織7 結(jié)語通過對不同熱處理試樣的沖擊值、硬度值的檢測, 得到正火后40Cr 試樣的硬度值比退火后

9、試樣的硬度值稍微偏高, 油淬試樣的硬度低, 同時硬度值低于40Cr 調(diào)質(zhì)鋼;從金相顯微組織來看,正火40Cr 鋼的組織為鐵素體和珠光體, 調(diào)質(zhì)熱處理40Cr 鋼的組織為回火索氏體, 因此得出40Cr 鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后有較高的硬度、強度和比較好的韌性,就是具有良好的綜合機械性能。參考文獻1 翟忠圻. 金屬學(xué)與熱處理M . 北京: 機械工業(yè)出社,1995.2 王廣生. 金屬熱處理缺陷分析及案例M. 北京: 機械工業(yè)出版社，2002.3 石德珂. 材料科學(xué)基礎(chǔ)M. 北京: 機械工業(yè)出版社，2002.4 高為國. 機械基礎(chǔ)實驗 M . 華中科技大學(xué)出版社,2006.5 傅璞. 40Cr 熱處理工藝及其組織性能J . 機械工程與自動化,2005 (5) :110 - 114.6 林德成. 金屬材料金相圖譜M.北京: 機械工業(yè)出版社，2