40Cr齿圈支架调质工艺方案优化

牟海龙 丁福明 高婷叶 秦鹏涛 倪鹏

摘 要：齿圈支架作为双极减速驱动桥轮边部分重要的零部件，在轮边减速总成部分与轴头、齿圈等零件配合，承受较大的扭矩;因此，齿圈支架设计要求采用40Cr锻后调质处理，抗拉强度达到880-1030N/mm?。在生产过程中发现，产品调质后精加工过程出现由于热处理变形导致产品报废。根据大量的实验数据分析，将原因锁定在装炉方式不合理，导致零件产生变形;通过重新设计工装，改变原有装炉方式、装炉数量等工艺参数不仅有效的控制了变形量，还明显提高了生产效率。

关键词：调质处理;变形量;报废;生产效率

中图分类号：U466  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）12-155-04

Abstract： Cogging bracket as an important part of the wheel side of the bipolar reduction drive axle， is coordinated with the shaft head and cogging bracket in the wheel side reduction assembly to bear large torque; therefore， the cogging bracket design requires the 40Cr post-forging modulation treatment and the tensile strength reaching 880-1030N/mm2. During the production process， it was found that the product was scraped due to heat treatment deformation in the post-conditioning and finishing process. According to the analysis of a large number of experiment data， it is unreasonable to confine the reason in the way of furnace loading which leads to the deformation of parts. By redesigning the tooling， changing the original way of furnace loading， changing the number of furnace loading and other technological parameters， we not only effectively controlled the deformation， but also significantly improved the production efficiency.

Keywords： Modulation processing; Deformation; Scrap; Production efficiency

1 工艺过程简介

锻件（采购）→粗加工→调质处理→精加工。

2 現状介绍

2.1 工艺方法介绍如表1所示

2.2 零件信息

在下道工序加工时，车削底面端面存在热处理变形导致零件尺寸加工不符合图纸设计要求，如图2所示。

通过对上道工艺进行确认，零件上道工序端面部位调质处理留单边余量为1.5mm;并且，据统计由热处理变形引起的下道工序加工问题比例约为2%。

2.3 使用工装及装炉方式介绍

齿圈支架淬火使用的工装为通用性较强的淬火料筐，材质为耐热钢。料筐结构如图3所示，装炉方式为散装入炉，如图4所示：

3 原因分析

3.1 统计淬火

回火两个步序的变形量，对20件零件进行标记，并相应的进行了数据统计，如表2所示。

数据分析：通过调质前尺寸检测发现，粗车尺寸较为稳定，端面跳动控制在0.14-0.22mm;淬火和回火过程中淬火变形量较大，淬火后变形量在0.50-1.36mm范围，回火后变化量较淬火增加0.02-0.14mm。根据上述数据分析零件变形量主要产生于淬火过程中。对上述零件进行精加工验证分析，端面跳动≤1.20的零件经过机加工均能满足设计要求。跳动>1.20均存在加工后尺寸不满足设计要求。根据尺寸链计算以及考虑到加工过程中定位面的相关尺寸，符合现实情况。

3.2 淬火后对零件进行硬度检测和金相组织检测

对表2中变形量较小的7#、19#、20#和变形量较大的8#、12#、14#硬度均匀性进行了检测，如表3所示：

为了便于金相检测，对上述六件零件按照原工艺参数进行回火。并且回火后对编号为19#和14#的零件端面取样进行金相组织分析：

从金相组织观察，19#零件调质金相组织为回火索氏体组织+少量的岛状铁素体（图5），属于合格组织。14#零件表面金相组织和心部金相组织均存在网状先析铁素体，先析铁素体是淬火过程中冷却缓慢导致奥氏体晶界析出铁素体，当奥氏体中铁素体有析出时奥氏体的碳含量会相对增加，使在同样冷却速度下更容易转变为马氏体组织[1];经过高温回火后，先析铁素体被保留下来，呈网状分布;快冷的马氏体组织经过高温回火后碳化物析出弥散形成了回火索氏体组织。

淬火加热和冷却，尤其是冷却过程中产生的热应力和组织应力都会使淬火工件形状和尺寸发生变形，形成畸变[2]。由于金相组织转变过程中，马氏体、铁素体、珠光体等比体积存在差异，在淬火过程中相变的差异性、内应力不均匀的变化导致宏观表现为零件变形较大。