花鍵軸感應淬火變形怎么辦?試試這個方法, 應該能解決你的問題!
我公司是傳動部件專業制造廠,有許多客戶的軸類產品要求中頻淬火,由于客戶眾多,產品多樣,不可能買很多種感應設備,只能對現有的感應設備調試。在調試的過程中不可避免地出現一些問題,下面主要介紹一種花鍵軸掃描淬火出現的問題及解決方法。一、提出問題
圖1是一種長軸類產品,技術要求:兩端花鍵部位硬化層3.5+3mm/500HV1(檢測部位離端面13mm處),中間部位硬化層6+2mm/500HV1、表面硬度要求56～64HRC,花鍵M值要求71.66～71.74mm。感應淬火要求的長度較長,超過600mm。根據產品的要求和現有設備,我們只有采用掃描淬火,軸在試制過程中出現的問題主要是花鍵變形不合格。經過多次試驗,最終找到一個合適的淬火方法,減少花鍵變形,達到批產合格。
圖1 產品裝夾圖
二、第一次試驗
第一次試驗做6件,熱前花鍵M值要求71.66～71.68mm。實測71.66～71.67mm,熱處理后實測開始點花鍵M值在71.70～71.74mm之間,花鍵能通能止,結束點花鍵M值在71.64～71.67mm,離端面有3～10mm花鍵止不住。硬化層形狀見圖2。
a)中頻開始點 b)中頻結束點
圖 2
三、第二次試驗
熱前花鍵M值要求71.68～71.70mm。這次試驗花鍵是熱前熱后花鍵敲點,做數據對比試驗。經過試驗發現中頻開始的部位花鍵漲0.04～0.08mm,結束點的部位花鍵縮0.01～0.02mm。這樣中頻后的產品開始點花鍵通不進,中頻結束點花鍵合格。檢測開始點M值在71.73～71.76mm之間。結束點M值在71.67～71.68mm之間。檢測見圖3。花鍵淬火在開始點漲,在結束點縮。
a)中頻結束點 b)中頻開始點
圖 3
四、第三次試驗
根據第二次試驗結果,根據圖樣檢測硬化層要求,檢測位置要求從端面13mm開始檢測,根據這個要求可以看出,要求端面可以部分不淬火。根據該要求我們對于花鍵M值在71.68～71.70mm之間的花鍵軸進行第三次試驗,主要是調整開始點淬火位置。同樣做標識測量淬火前后的M值,這樣處理的花鍵,開始點漲0.01～0.035mm,花鍵熱前M值只要在71.68～71.70mm之間,熱后就是合格。硬化層形狀檢測如圖4所示。
a)中頻開始點 b)中頻結束點
圖 4
花鍵熱前M值范圍差控制在0.02mm,對于批量生產有困難,尤其產品又重,批量生產材料淬透性的變化、調質質量的穩定性、感應淬火過程的控制還是會出現花鍵變形超差的產品。根據成品尺寸的要求71.66～71.74mm之間及感應淬火變形數據,開始點花鍵M值在71.65～71.705mm之間,結束點花鍵M值在71.68～71.75mm之間,花鍵過程加工M值控制在0.05～0.07mm之間可以保證,只要標識好,感應淬火按照標識淬火,但是這樣會增加加工過程的難度,因此這個方案不可行。按照第三次試驗工藝,生產了部分產品,每次感應淬火都要用花鍵套檢測花鍵開始點變形。一般先做6件,只要有花鍵不合格就要檢測硬化層,通過調整硬化層深度、硬化層區域來保證變形合格,在工藝上主要是調整加熱時間、加熱始點位置、加熱功率。感應淬火后出現花鍵不合格的主要原因是:熱前尺寸不在要求范圍內、調質質量問題、材料變化。出現不合格品花鍵M值尺寸在71.74～71.75mm之間(根據這個數據熱前M值范圍差可以控制在0.03mm),只要花鍵始點漲量減少0.01mm,熱后花鍵就會全部合格。花鍵采用掃描淬火始點花鍵漲,終點花鍵縮。根據這個現象分析,花鍵從端面開始加熱時在熱應力下膨脹,加熱到淬火溫度后,開始冷卻,在冷卻時熱應力造成尺寸縮小,但由奧氏體轉變為馬氏體組織時,尺寸漲大。在這個過程中組織應力大于熱應力,表現為花鍵漲。如果把花鍵加熱的開始點為離端面一定距離時,花鍵加熱位置改變后,加熱時花鍵尺寸膨脹由于受兩端沒有加熱位置的影響,會減少加熱時的膨脹量,加熱到淬火溫度后,開始冷卻,在冷卻時熱應力造成尺寸縮小,但由奧氏體轉變為馬氏體組織時,尺寸漲大。由于受端面沒有組織轉變的影響,也會降低膨脹量。因此,花鍵改變淬火始點后尺寸變化量是0.010～0.030mm,而不是從端面開始淬火的0.040～0.080mm。產品尺寸較長,采用掃描淬火,到淬上端花鍵時,由于感應淬火硬化層相當于一根管子,其軸向組織應力遠大于橫向組織應力,在加熱的過程中這個硬化管不斷地膨脹,造成花鍵淬火后縮小(主要是組織應力影響大,熱應力影響較小)。根據以上分析對于始點淬火后只有減少漲量,才能保證花鍵變形合格。設備是西門子8402D控制系統,對于很多加熱方式可以控制?？紤]端面預熱幾秒(加熱溫度低于850℃),然后停止加熱,停頓幾秒后,再開始加熱。根據這個原理重新制定始點感應淬火工藝,工藝為新工藝一。檢測始點花鍵M值漲量在0.005～0.015mm之間,硬化層形狀見圖5。
圖5 新工藝一金相試塊
這樣試驗了30支,在淬火的過程中,由于端面定位尺寸加工的變化,在淬火時看到端面有過熱的現象(考慮檢測位置在13mm處,不會影響質量)。從開始淬火到結束約4h。工件在箱式回火爐,在150℃回火,到溫保溫2h。第二天工件清理噴丸時看到有13件出現端面剝圈裂紋,見圖6。檢測花鍵變形全部合格。檢測有裂紋的工件主要是端面過熱造成的。
圖6 新工藝一處理
新工藝一處理的花鍵變形全部合格,只要解決了裂紋,這個處理方式就會保證花鍵變形合格,這樣熱前花鍵M值公差可以放大。由于端面定位孔的變化造成裂紋,那么能否采用第三次試驗工藝的加熱位置來減少過熱。還是在新工藝一原位置預熱,停頓幾秒后回到第三次試驗工藝的加熱位置開始加熱,這樣由于端面溫度高,塑性好,加熱時尺寸膨脹可以向端面移動,由于端面溫度高應力小,組織應力可以沿軸向方向釋放,冷卻時組織轉變的應力也可以減少。根據這個思路我們重新優化了始點感應淬火工藝,這個工藝定為新工藝二,檢測漲量在0.010～0.015mm。檢測始點花鍵硬化層形狀見圖7。
圖7 新工藝二金相試塊
按新工藝二同樣處理了30件,回火后檢查沒有裂紋,花鍵變形都合格。新工藝二處理的產品,兩個端面硬化后的顏色及形狀都很類似(圖8與圖3比較)由于漲量減少,只要冷加工尺寸控制與原先一樣,感應淬火后的尺寸都是合格的。圖8與圖6比較,可以發現圖6淬火明顯比圖8的顏色深,端面基本顏色都變化了,說明淬火效果好,也就有裂紋的風險。
圖8 新工藝二處理的始點
通過多次試驗,找出變形的規律及變形的原因,保證了批量生產,減少了公司損失,希望對其他公司有所幫助。
作者:郝豐林
單位:江蘇雙環齒輪有限公司
來源:http://www.www.qpamc.cn/Steel-Knowledge/1597304120.html
