利用锻造余热等温正火稳定渗碳淬火变形规律（二）

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　　在相近的力学性能下，钢料的显微组织对切削加工性能有明显的影响。面心立方晶格的奥氏体与体心立方晶格的铁素体相比，因其形变硬化指数高、导热系数小、原子间结合力强等，使切削加工性能降低。贝氏体尤其是粒状贝氏体，因含有难加工的岛状马氏体和残留奥氏体，比珠光体切削加工性能差。在铁素体加珠光体的显微组织中，粒状珠光体因比片状珠光体的塑性高而使切削加工性降低。钢的显微组织中有硬质相或组织，如碳化物、氮化物、硼化物或马氏体等，对刀刃有机械磨损作用，它们的硬度越高、数量越多、尺寸越大、外形呈尖角、分布不均匀，损伤刀具越严重。严重的带状组织和混晶组织也会使钢料的切削加工性能恶化。

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　　因此，为了提高钢料的切削加工性能，应使其既软(低硬度、低强度)又脆(低塑性)，并需要相应的显微组织与之配合。对于合金渗碳钢，硬度一般以170～180HBS为宜，但随着含碳量降低，硬度应适当提高。其显微组织应为：由较粗晶粒(3～5级)的奥氏体形成的先共析铁素体加细片状珠光体(渗碳体片薄易破裂)为宜，而且先共析铁素体大小和珠光体层间距离应基本相同。此外，当先共析铁素体呈网状或断续网状时，钢料的拉削和切齿加工性能更好，然而要获得这样的硬度和显微组织，钢件不经过正确的预先热处理是不行的。

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　　2.钢的正火组织、硬度与渗碳淬火的变形

　　齿轮的设计结构尺寸、材料、锻造、预处理、机加工及热处理显微组织与应力分布所导致的变形都会影响成品齿轮的精度，明显的变形量产生于渗碳淬火冷却过程中。由于变形引起的齿轮几何形状的变化，实质上是产生噪声和局部应力集中的根源，这使其使用寿命降低。而且对于大多数汽车渗碳钢件，渗碳淬火后一般不进行磨削加工，其渗碳淬火后的变形直接影响到装配总成的最终质量，因此渗碳零件热处理时的变形必须严格控制。影响渗碳钢件变形的因素很多，主要有如下几个方面：零件形状；材料(钢种、淬透性等)；锻造；毛坯热处理；机械加工；渗碳淬火规范。对于大量生产的汽车零件，在影响渗碳钢件变形的诸多因素中，人们的注意力往往集中在渗碳淬火方面，而最易忽视的是锻坯的预先热处理———正火。在实际生产中常常出现的零件渗碳淬火后变形过大现象，往往是由于预先热处理不当引起的。变形的表现形式是多样的，但就其产生根源，可分为内应力(热应力和组织应力)造成的应力塑性变形和比体积变化引起的体积变形(即体积容变形)。由于渗碳淬火前后钢件的显微组织不同，而不同的显微组织的比体积是不同的，因而钢件渗碳淬火后的体积必然与渗碳淬火前不同。不同的体积变化，对于厚薄不均的零件又会引起形状变化。但是只要掌握其尺寸变化规律，通过控制切削加工前留好的预变形量，就可以使零件渗碳淬火后少量变形甚至不变形。

　　三、锻造毛坯等温正火对切削加工及渗

　　碳淬火后奥氏体晶粒度、变形的影响齿坯采用等温正火，能够对相变进行控制，即齿坯奥氏体化后，迅速冷却到A1以下的珠光体相变温度等温，使相变在等温温度下进行，由于等温正火能够有效地控制冷却时的相变，使相变在等温温度下进行，避免了带状组织超差，非平衡组织(α- Fe魏氏体组织、贝氏体组织、马氏体组织)的出现，为切削加工及渗碳淬火做了组织和性能上的准备。

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　　1.等温正火对切削加工的影响

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　　钢件的切削加工性能对于大批量、连续化、多刀切削生产的汽车制造至关重要。如前所述，钢件的切削加工性能主要取决于其力学性能和显微组织，而力学性能又受显微组织的影响，普通正火因其奥氏体化后在空气中连续冷却，使其冷却慢的部位容易形成铁素体带和珠光体带相互交错的带状组织。这类组织热处理变形大，带有各向异性，影响加工表面的粗糙度，冷却快的部位容易形成粒状贝氏体组织、增加毛坯的硬度，不利于零件的加工，并对其后的热处理变形产生影响。由于等温正火较普通正火能够有效地避免贝氏体组织，带状组织等非正常组织的出现，能够有效地控制正火后的硬度，满足160～180HBS的硬度要求。因此，等温正火处理的钢件切削加工性能较普通正火大大提高。

　　我厂于2001年1月份研制了等温自动正火线，将锻造毛坯的普通正火改为等温正火。锻造毛坯采用等温正火处理后，我厂下工序底盘厂钢件的切削加工性能明显提高，在产量提高的情况下，2001年全年刀具消耗较2000年降低1/3，且提高了零件加工精度，降低了废品率，降低了零件表面粗糙度。

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　　2.等温正火对渗碳淬火后奥氏体晶粒度的影响

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　　实施利用锻造余热等温正火工艺，需要解决钢件停锻后奥氏体晶粒粗大且在冷却时不能细化、而在渗碳后又必须具有细小的奥氏体晶粒的问题，需对锻造余热等温正火渗碳淬火后的奥氏体晶粒大小进行测定。将经锻造余热等温正火炉处理的22CrMo试样放入坩埚中，以石墨粉作保护剂，放入加热炉，模拟渗碳加热，重新加热到930℃，保温90min，而后淬火冷却。经抛光后用60℃的含有0.5%～1%烷基璜酸盐苦味酸饱和水溶液腐蚀，测定奥氏体晶粒大小(热蚀法)，如图1所示。同时将模拟锻后直接淬火处理的试样也用热蚀法腐蚀，测定奥氏体晶粒度，即为渗碳淬火前原始奥氏体晶粒度。锻造余热等温正火处理的试样经渗碳淬火后的晶粒大小与原始晶粒比较，晶粒显著细化，晶粒度可达9级以上，而原始晶粒度达3级左右。

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