浅谈某工装在热处理中变形的工艺改进

王希多 于世明 张景民 张 英（中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

浅谈某工装在热处理中变形的工艺改进

王希多 于世明 张景民 张 英
（中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

躯座（俗称拉刀盒子）是拉刀加工零件中不可缺少的一项工夹具，它的热处理变形问题一直限制技术水平的提高。本文对躯座热处理变形进行工艺分析，对加热温度、升温速度、回火、校正、包装进行实验、分析、改进，使躯座热处理变形问题得以解决。

躯座；变形；控制

1 引言

躯座（俗称拉刀盒子）它的主要用途是拉刀加工零件中的辅助工具。躯座长1650mm、宽116mm、高70mm，由24-Φ7/Φ11、28-Φ9/Φ26组成，技术要求端面与底面相对∥⊥0.02mm，局部要求硬度HRC54-58。躯座的热处理变形、甚至裂纹造成产品的返修、报废、严重影响产品质量及制造周期。

2 试验用钢和试验方法

2.1 试验用钢

躯座采用CrWMn材料，它的化学元素含量大致为：C：0.90-1.05%；Si≤0.40%；Mn：0.8-1.10%；Cr：0.9-1.20%；W：1.20-1.60%。CrWMn钢具有淬火硬度高、耐磨性好、淬透性好，且碳化物细小、淬火后晶粒细小等优点。同时，对形成碳化物比较敏感，这种网状碳化物的存在使钢的韧性变坏，零件的薄弱部分易于变形、裂纹，所以应严格控制热加工工艺。

2.2 试验方法

2.2.1 不装包，电炉加热。低于300℃装炉，随炉升温至820℃-840℃加热，保温3.5h-4h，出炉，在油冷却至200℃左右出油，热校正。电炉回火，温度180℃，时间8h，回两次火。变形情况：底面凸出12mm-13mm，热校后底面仍凸出4mm-5mm，并且上面沉头孔裂纹多处。检验硬度HRC55-58，形腔中间表面部分脱碳，表面硬度不均。整个工件由于变形3mm-5mm及孔裂纹，报废。

2.2.2 装包，并用黄土及水玻璃封孔，底面垫平。电炉加热，低于300℃装炉，随炉升温至820℃-840℃加热，保温3.5h-4h，出炉，在油冷却至200℃出油，热校正。电炉回火，温度180℃，时间8h，回两次火，变形情况：底面凸起9mm-10mm，热校后，变形为底面凸出2mm-3mm，并且中间孔个别裂纹，变形不合格。检验硬度HRC57-58，型腔中间部分、表面硬度均匀。

2.2.3 工艺分析

由上述工艺进行热处理后，工件存在以下问题：变形大、压裂纹。对上述整个工艺流程分析，导致工件热处理后主要问题是变形问题。根据生产经验及实际解决的问题确定以下5项主要因素。

3 因素分析

3.1 加热温度高：不装包加热，零件型面脱碳。零件用碳包装包，并用黄土堵死通孔，增加了工件的有效厚度，致使加热保温时间延长，延长了工件在高温的停留时间，一般会增加钢的变形倾向。所以应当尽量降低工件的最高加热温度。由于CrWMn钢的AC1点为750℃，所以该工件在810℃-820℃，硬度可达到HRC60以上。

3.2 设备升温速度过快，从300℃直接升到830℃，会在淬火加热工件的截面产生很大的温差。由于工件表面与心部的温差必然形成很大的瞬时内应力，这样就容易引起工件变形。当内应力超过钢的强度指标，还可能造成开裂，如果采用T型升温，控制升温速度，对零件变形问题会更好一些。

3.3 回火不合理。回火过程是淬火马氏体向回火马氏体转变的过程，同时残余奥氏体分解。经过低温回火的工件，残余内应力只能部分被消除，所以回火时间应该适当延长。将回火温度提高到200℃，可以有效消除部分残余奥氏体。再增加一次时效（即低温回火），残余应力消除的会更好一些。

3.4 校正不好。CrWMn躯座油冷后出油温度非常重要。此钢种要求硬度高，且型面复杂，故只能进行热压。根据钢的C曲线可知Ar1为710℃，MS点为260℃，所以在保证硬度的前提下，出油温度应该MS点以上，这样零件就可以校正。在校正过程中，由于奥氏体向马氏体转变，在工件温度低于150℃时，应该停止校正，否则工件在薄弱地点产生裂纹。

3.5 装包工件同样重要。躯座长度很长，并且用黄土堵住通孔，应该利用钢的热应力与组织应力的相互作用关系，使工件中部自然下沉（奥氏体塑形好，高温下变形好）。这样淬火过程工件变形就很小。

图1 加热温度与时间的控制图

4 改进工艺

4.1 三检。按三检制进行。

4.2 装空心碳包。首先用水玻璃加黄土把上面槽和孔堵死。黄土面在下面，并用11毫米铜片把两头垫上，装有木炭，然后盖上包盖，用沙子封严。

4.3 加热电炉（如图1所示）。

4.4 冷却：将零件用吊车吊起尾部放在50℃-80℃油中冷却，7分钟（零件此时温度300℃以上）出油，马上将槽中泥土取出。趁热校正。

4.5 校正：采用校正工艺，零件温度低于150℃，停止校正。

4.6 回火：电炉，温度200℃，保温时间10h，出炉空冷，两次回火。

4.7 时效：点炉，温度140℃，保温时间14h。

4.8 检验HRC54-58，并且零件表面无裂纹，碰伤，变形符合要求。

结语

改进工艺后，工件经810℃-820℃保温后，拆包，用吊车吊起，工件底面凹10mm-11mm。油冷至300℃-350℃出油，这时，底面凹出1-2mm（实际反弹8-9mm），热校压黄土面（奥氏体向马氏体转变时），变形小于1mm，孔未裂纹。回火后，变形符合要求。硬度HRC55-56，各项指标满足了产品性能要求，合格发出。

[1]刘宗昌.钢件淬火开裂及防治方法[M].北京：冶金工业出版社，2008.

[2]杨秀英，刘春忠.金属学及热处理[M].北京：机械工业出版社，2010.

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