补偿法淬火在轴螺纹上的软化处理

西安法士特汽车传动公司 （陕西 710077） 孙银军 李 鹏

软螺纹产品设计人员通常要求对螺纹进行防渗碳处理，据相关试验资料显示：当某型防渗碳涂层厚度＞1.0mm时，渗碳淬火硬度降至最低，即接近基体材料无渗碳层时淬火的硬度。按防渗碳涂料性能的不同，其防渗碳涂层在达到0.1～2mm时才能有效杜绝漏渗问题。在实际生产中，由于防渗碳涂料性能和人工操作的差异，很难保证螺纹区域涂料覆盖致密均匀，当涂层在螺纹牙根和牙尖达不到一定的厚度，漏渗碳情况就会发生，随之出现螺纹局部硬度过高的情况。螺纹局部硬度过高和螺母预紧应力集中将导致部分产品螺纹断裂失效。

实际生产中有多种工艺可以降低螺纹硬度，如镀铜防渗碳、涂层防渗碳、加工余量保护等，以上方法均无法降低螺纹区域的心部硬度。依据产品特点与技术要求，考虑到质量稳定性与批量生产的实际情况，我公司决定采用补偿淬火法达到产品局部软化的目的。经新工艺试验，渗碳淬火后螺纹区域硬度降低至26～30HRC，满足设计要求。

1.试验材料与方法

产品为某变速器副箱主轴，轴螺纹尺寸为：M36×2－6g，材料8627RH，化学成分如表1所示。采用防渗碳涂料与补偿帽两种工艺对螺纹进行防护，以作比较，如附图所示。

表1 8627RH钢化学成分（质量分数） （%）

防渗碳涂料为KT-930D无机陶瓷水基涂料，由专人均匀刷涂，螺纹牙根和牙尖致密覆盖，在保证涂层致密干燥、粘结牢固的情况下入炉渗碳淬火。

补偿帽材料为耐热钢材质，按产品螺纹区域尺寸仿形制作。补偿帽与螺纹紧密配合成一体，螺纹区域由产品表面变为心部，淬火时可有效减少螺纹区域马氏体转变量，降低螺纹区域硬度，理论上螺纹区域硬度与产品心部硬度接近。

2.试验结果

试验设备为AICHELIN 5/2型箱式多用炉，基础气氛为氮、甲醇，富化气为丙酮， 910℃，Cp=1.05%渗碳，好富顿G油淬火，满炉备料，不同批次随机抽样，采用TH600布氏硬度计按GB/T231－2002方法检测螺纹硬度，用ICP HCS－878A型红外碳硫仪按ISO9556－1989检测产品材质，采用直读光谱仪按GB/T4336检测螺纹表面含碳量，结果如表2所示。

表2 检测结果

从理论上来讲，某种防渗碳涂层达到一定厚度，即可完全阻渗，实际使用过程中允许有少量的漏渗碳，使得表面含碳量有所增加，但又远低于渗碳扩散过程中气氛碳势。可见，防渗碳涂层能有效减少碳原子扩散进入基体表面，但又不能完全杜绝。由于涂层厚度在螺纹上的差异和螺纹特殊的尖角外形，在渗碳过程中会引起螺纹表面含碳量的差异，导致淬火过程螺纹区域硬度增加且波动较大。防渗碳涂层处理的产品经渗碳淬火+低温回火处理，螺纹区域表面含碳量（质量分数）为0.46%～0.50%，基体材质含碳量为0.25%～0.30%。螺纹牙尖与牙根实测的硬度为35～50HRC（理论上延迟断裂敏感的硬度是30～43HRC），装配过程中在螺母预紧力作用下，存在断裂失效的倾向，不利于批量生产。

补偿帽与螺纹配合，表面含碳量与渗碳扩散期工艺碳势（0.85%）接近，补偿帽能有效降低螺纹淬火冷却速度，螺纹区域得到均匀的平衡组织，硬度均匀性好，螺纹牙尖与牙根硬度为26～30HRC。

通过对比表2数据可以发现，补偿淬火能有效控制螺纹区域硬度，其硬度分布均匀，波动较小，接近于产品淬火时的基体硬度，满足了图样要求。

3.软化工艺问题分析

生产中常用的防渗碳涂层螺纹软化工艺存在以下问题。

（1）涂层防渗碳工艺在产品清洗、涂层刷涂等环节存在很多人为因素，产品质量稳定性差。

（2）淬火过程中存在涂层脱落，降低淬火油性能，损坏淬火油循环冷却系统等不利因素，不利于设备长期稳定运行。

（3）热处理后产品螺纹区域涂层清理存在困难，抛丸清理过程中螺纹外形和尺寸很难保证。

4.应对措施

补偿淬火在保证质量稳定的情况下可批量生产，具有质量稳定，操作方便，效率高，成本低，以及寿命长等特点，适合在企业批量化生产，可有效解决防渗碳涂层引起的系统问题。需注意的是：

（1）补偿帽应一次加工成形，不可焊接（渗碳淬火时焊缝易开裂，造成补偿淬火失效）；补偿帽需对称设计、圆角过渡，避免应力集中产生变形，影响补偿使用。

（2）补偿淬火并不能防止碳原子渗入，只能通过补偿帽降低螺纹区域冷却速度。当需批量生产，涂层防渗不能完全达到设计要求时，可使用补偿淬火，如有防渗要求，可先防渗碳再补偿淬火。

（3）采用补偿淬火生产的产品，螺纹区域硬度均匀性好，接近产品心部硬度，有良好的塑韧性，可有效避免应力集中引起的螺纹失效断裂。

（4）淬火时，相对密闭的空间可能会夹带大量的淬火冷却介质，不便于后续的清洗和回火处理，可按产品外形情况设计漏油孔等，便于节约成本和批量化生产。

（20121103）