渗碳零件压力机淬火质量的控制

饶良斌　林蔓　张士举　许慧玲　谢思中

摘 要 为控制渗碳零件变形量，零件需套模具在压力机上进行淬火，但会产生难以解决的压伤问题。结合企业实际生产数据，分析零件压伤原因，开展试验研究，提出了相应的改进措施。

关键词 渗碳 淬火 压伤 措施

中图分类号：TG156文献标识码：A

1背景

公司研究开发新品期间，对4批新品零件渗碳淬火后进行跟踪，共114件中出现严重压伤23件（占比约20%），轻微压伤80件（占比约70%），严重影响新品开发进度。在保证深度硬度合格的前提下，为更好地解决淬火压伤问题，并为今后积累宝贵经验，对固体渗透剂装箱整体包埋淬火等进行跟踪分析，提出了相应的改进措施，同时开展了一系列试验论证，最终寻求得到了最佳的工艺方案。

2零件处理工艺

典型零件，高度110mm？2mm？5mm，内孔厚度只有3.65mm（试样垂直切面）进行渗碳或氰化，其余表面镀铜保护，淬火后要求内孔椭圆度≤0.1mm，端面平面度（C面）≤0.1mm。为了满足零件要求，工艺采取固体渗碳剂装箱整体包埋保护加热，然后套模具在压力机上淬火。为了满足内孔椭圆度及端面平面度该两项要求，淬火模具的设计通常分为两个部分，一部分为芯模，控制内孔尺寸，保证椭圆度要求;一部分为上模，压住A、B平面，保证平面度要求，上模安装在压力机上，淬火过程中零件A、B、C三个平面和内孔直接与模具接触。通过对压伤部位进行观察，发现压伤主要分布在A、B、C三个平面，而内孔基本没有压伤。

为保证零件表面碳浓度采用整体包埋固体渗碳剂加热，A、B、C三个平面最容易残留固体渗碳剂，且该三个面为非渗碳面，硬度相对较低;而内孔面为渗碳面，表面硬度相对较高，且加热过程中内孔表面与水平方向基本垂直，固体渗剂相对难以粘附。结合压伤分布位置及以上分析认为，出现压伤的主要原因是零件出炉淬火时未能有效清除粘附在零件表面的残留固体渗碳剂，在与模具接触过程中，高硬度的固体渗碳剂嵌入零件表层所致。

通过以上分析，找出两个关键要解决的方向，一是如何避免让非渗碳面与高硬度的固体渗碳剂接触造成加热过程中粘附在表面上，二是如何保证保护箱内的渗碳气氛浓度，避免脱碳，淬火后达不到所需的硬度。

3试验研究

3.1试验研究处理方案1

本方案的基本思路为：在装炉时应避免非渗碳面（A、B、C三个平面）直接接触固体渗碳剂;保证保护箱内的碳浓度，以满足零件表面硬度要求，具体实验操作如下：

在保护箱箱底填充固体渗碳剂（未筛分），填充至1/3高度時将固体渗碳剂平整后铺垫一层不锈钢丝网，零件摆放于不锈钢丝网上，在保证良好渗碳气氛流动性的前提下，阻挡了固体渗剂粘附于零件表面。同时，为了既能满足零件渗碳面硬度，又能达到淬火时零件表面易于清理，在零件内孔处填充经筛分的大颗粒固体渗碳剂;而在零件之间的间隙填充部分大颗粒的固体渗碳剂（填充过程中尽量避免渗剂与零件表面直接接触）。保护箱密封槽内填充未筛分的固体渗碳剂密封处理后装炉。

采用本方案进行改进后的装炉方式，加工了一批零件共30件。淬火后发现大部分零件表面均无压伤，其中2件局部表面存在轻微压痕。测量零件平面度及椭圆度均符合要求，氰化深度及表面硬度均符合要求，但与氰化时相比表面硬度略有降低，且裕度较小。

3.2试验研究处理方案2

方案1虽然有效解决了零件压伤问题，但淬火后零件表面硬度裕度较小。为了适当提高表面硬度裕度，拟通过提高保护箱内的碳浓度达到要求，增加固体渗碳剂量，其次保证箱体的密封性。具体实验操作进行适度改进：先将箱体进行吹砂然后试水，确保无裂纹等现象，然后烘干后将底部的渗碳剂高度从1/3提升至1/2以上;在零件间隙间不再填充固体渗碳剂;槽子密封选用经筛分后细颗粒固体渗碳剂，先填充1/3高度，盖上盖子后，再填充严实，确保密封效果。

按此方式，跟踪加工了共36件零件的淬火，效果良好，未见零件压伤。测量零件平面度及椭圆度均符合要求，氰化深度及表面硬度符合要求，硬度较氰化时略有提高。

4实际生产改进情况

按改进后的方法加工了4批次共136件，加工后检查未发现严重压伤现象，出现轻微压痕6件（占比约4%），但不影响后续加工，与改进前压伤占比约90%相比得到有效改善和控制。

除有效控制和改善压伤外，采用非渗碳面分离方法与传统的整体包埋法相比还具有以下优点：

（1）淬火时容易夹持，转移速度快，不会遗漏零件。

（2）残留渗碳剂少，容易清理。

（3）保证了平面度要求。

5结论

（1）内孔渗碳面填充经筛分的大颗粒固体渗碳剂可降低清理难度;

（2）将整体包埋改为固体渗碳剂与非渗碳面分离能有效控制零件表面压伤。

参考文献

[1] 翟宝隆.18Cr2Ni4WA钢渗碳淬火质量分析[J].航天工艺，1996（05）：39-41.

[2] 刘文英，孙文儒.压力机大齿轮渗碳淬火裂纹成因及预防[J].内蒙古民族大学学报，2010（02）：40-41.

[3] 赵世鑫.影响渗碳淬火零件热处理变形的因素分析及控制[J].綦齿传动，2009（01）：21-32.

[4] 刘浩龙.5CrMnMo钢轧辊及锻模的碳氮共渗淬火与软氮化复合处理[J].金属热处理，1986（04）：58+60-61.