钟形壳正火热处理工艺改进

马彦秋，王红丽，郭树霞，樊伟杰

1.河北太行机械工业有限公司 河北石家庄 052165

2.河北第二机械工业有限公司 河北石家庄 050031

1 序言

钟形壳是汽车驱动系统的主要零部件之一，对其正火后的硬度要求为180～220HBW，同一工件不同位置的硬度散差≤25HBW，同批零件硬度波动最大35HBW，显微组织为1～3级，不允许出现魏氏体等过热、过烧组织。

为节约能耗和降低生产成本，采用辊底网带炉进行热处理，正火工艺未按季节性制定，且冷却地点受限，容易出现成批量的正火后硬度超上限或超下限的情况，并且硬度散差超上限，为此制定了金相组织、力学性能试验，以此研究影响力学性能的主要因素，并提出纠正方案。

2 正火工艺研究

现有钟形壳的正火工艺为：采用辊底网带炉生产[1]，加热温度880℃[2]，正火工艺曲线如图1所示。根据入炉口的宽度摆放产品，CV外环、钟形壳按上下两层放在网带上，杆部向上为下层，杆部向下为上层，下层7件，上层4件，可依据产品尺寸或重量，依次增加或减少每层数量，针对长杆外环单层摆放。

图1 正火工艺曲线

3 现有正火工艺弊端

在不同季节执行此工艺，钟形壳的硬度差别较大。夏季出现硬度超下限，主要集中在170～190HBW，硬度达不到顾客要求，影响后序机加工及热处理工艺；冬季出现硬度超上限，且硬度散差超上限，主要集中在210～240HBW，硬度不稳定部分超上限，影响后序机加工（过硬，降低刀具使用寿命）及热处理工序。

工艺未对不同季节冷却方式进行规定，如：冷却地点、冷却方式等。夏季天气较为炎热，正火冷却采用整箱集装空冷方式，冷却速度较低，冷却时间过长，导致锻造毛坯过软（硬度超下限），影响后序机加工及热处理。而冬季天气较为寒冷，且一直沿用夏季采取的室外吹风、整箱集装空冷方式，箱内不同位置冷却速度相差较大，箱中心部位能消除锻造应力，降低硬度，起到消除粗大晶粒作用，但靠近箱四周、箱底、顶部位置则冷却速度较大，且不均匀，力学性能不稳定，硬度较大，硬度散差也较大，急剧增加了热处理不合格品的数量。

4 力学性能试验

由以往批次生产条件及对应的硬度、硬度散差、金相组织等方面的分析对比，每批次的正火工艺参数相同无更改，正火炉日常点检正常，猜测影响硬度超上下限，硬度散差大等问题的原因有以下几个方面：

1）采用整箱集装吹风冷却，使箱四周、底部及顶部锻造毛坯硬度较高，硬度散差大。

2）室外冷却，使箱四周、底部及顶部锻造毛坯硬度较高，硬度散差大。

3）采用冷却的周转箱不同，如图2所示，无铁板冷却箱内的锻造毛坯硬度较高，硬度散差大，金相组织差。

图2 周转箱

4）箱内不同部位的锻造毛坯硬度相差较大，硬度散差不同，金相组织不同。

由此采用相同炉号、相同批次、正火工艺参数相同，以及不同冷却方式得到的正火后锻造毛坯，进行硬度数据采集分析。

（1）吹风与不吹风冷却对比 如图3所示，吹风硬度散差较大，最大硬度相差不明确，故采取不吹风冷却。

图3 吹风与不吹风硬度、硬度散差对比

（2）室内与室外空冷对比 如图4所示，室外冷却最大硬度普遍偏高，且硬度散差相差较大，故采取室内冷却。

图4 室内与室外硬度、硬度散差对比

（3）不同冷却箱内室内冷却对比 如图5所示，冷却箱有无铁板效果不明确，可采取通用冷却箱。

图5 有铁板与无铁板硬度、硬度散差对比

（4）冷却箱内不同位置对比 如图6所示，不同位置的最大硬度无明显区别，硬度散差底层≥顶层≥四周≥中心。

图6 箱内不同位置硬度、硬度散差对比

以上是在冬季进行的试验，经试验对比，在冬季沿用夏季的正火工艺会造成锻造毛坯的硬度过高，超规定上限，且硬度散差大，金相组织差。冷却箱是否有铁板对锻造毛坯的硬度、硬度散差的影响作用不大，无需增加成本制作新的冷却箱。

5 正火工艺改进

对现有正火工艺进行改善，在正火工艺参数不变的情况下，对冷却方式进行完善，夏季与冬季采用不同的冷却方式：冬季采用室内、不吹风、各冷却箱相邻较近的位置冷却，跟踪5个批次试验结果，硬度保持在180～220HBW，硬度散差最大为15HBW，与试验前相比热处理不合格品趋于0；夏季采用室外、吹风、各冷却箱相邻较远的位置冷却，跟踪3个批次试验其硬度保持在180～220HBW，硬度散差保持在0～20HBW。通过试验与批量试验验证，通过改善正火工艺中的冷却方式，在不增加生产成本的基础上大大提高了正火良品率，也为后期的锻件生产分析提供了有利数据分析。