42CrMo钢阀桥U形槽底高频感应淬火变形分析

■ 张晓云， 军朝

阀桥是柴油机驱动机构中用一个作用力驱动两个或多个气门的零件。在将凸轮的旋转运动转换为气门或喷油泵的往复运动过程中，长期与气门顶杆相接触，受往复小冲击及磨损，不仅要求具有一定的综合力学性能，而且应具有一定的耐磨性。我公司在柴油机装配和拆检过程中，多次发现该零件因U形槽处变形导致早期失效，从而造成驱动机构频繁拆装和密闭不严，因此对阀桥正确进行热处理是延长此类零件使用寿命的关键。本文对此零件U形槽底高频感应淬火前后进行了各种试验和变形分析。

1. 试验材料与方法

阀体所采用材料为42CrMo钢，其槽口形状为U形，尺寸规格及外形如图1所示，槽宽及槽深分别为18.5mm和8.5mm。技术要求为：淬火硬度为≥55HRC，淬硬层深度≥1.6mm，槽口尺寸为18.5+0.1+0mm。

为提高阀体的硬度及耐磨性，我公司采用了42CrMo材料制造，其化学成分分别为wC=0.41%、wCr=1.05%、wMo=0.18%、wP=0.015%、wS=0.005%，余量为Fe。

阀体的加工工序为：锻造→调质→机械加工→高频感应淬火→机械加工。

高频感应淬火设备型号为GGC-80-2A，采用数显洛氏硬度机TIMER5330检测淬火、回火硬度，用MEF4A金相显微镜观察试样的显微组织。

2. 高频感应淬火及变形统计

高频感应淬火设备GGC-80-2A能够在短时间内将零件表面加热至Ac3以上淬火温度，而且几乎无保温时间，短时高效。在实际处理过程中，因该零件淬火区域为槽底平面，较一般圆柱外圆面感应加热效果有所降低，致使加热时间较长。同时，阀体槽底面厚薄不均，故感应器与槽底间加热距离稍远。具体处理过程如表1所示。

阀体槽底感应加热淬火后，硬度为56～57HRC，淬硬层深度3.5mm左右，槽口尺寸为18.70～18.72mm，变形量为0.16～0.17mm，超差工艺尺寸上限0.1～0.12mm。

3. 分析与讨论

图1 阀桥及槽口示意

表1 高频感应淬火处理参数及变形数据

感应淬火时，多数表现为热应力畸变，为了控制畸变量，应减少热量向心部传递。在本试验中，为减少应力影响，拟采取低温退火、前期预压缩变形和缩短加热距离等三种方式进行。

从表2可看出，通过160℃、180℃和200℃×5h的低温退火处理，机械加工应力得到部分释放，淬火后槽口变形量为0.12～0.14mm，改善不明显，变形无规律。

从表3可看出，通过1MPa、2MPa和3MPa预压缩变形，槽口分别收缩0.04mm、0.06mm和0.11mm，淬火后槽口变形量为0.12～0.15mm，改善不明显，变形无规律。

从表4可看出，在相同电参数及加热参数下，将感应器与槽底加热距离由5.5mm缩短至1.5mm，槽口变形明显降低，淬火后槽口变形量为0.03～0.08mm。在试验过程中，发现当感应器与槽底距离缩短至1.5mm时，操作存在一定难度，故不建议采用。因此，当加热距离为2～2.5mm时，变形量降低为0.03mm。

从图2可看出，加热距离为2mm时，槽底面与两侧组织过渡较为平缓，有效降低了该处产生变形的可能性。从图3可看出，当加热距离为5.5mm和2mm时，淬火后组织均为淬火马氏体组织，无明显差异。

4. 结语

（1）对42CrMo钢阀桥U形槽底进行高频感应淬火，硬度和淬火层深均能满足技术要求，18.5mm宽的槽底变形可控制在0.05mm内。

（2）采取对阀桥低温退火和预压缩变形的方式可一定程度降低变形量，但改善不明显，且变形无规律。

（3）适当缩短感应器与槽底间加热距离，尽量减少对槽底两侧的感应，可有效防止阀桥U形槽底高频感应淬火的变形。

图2 加热距离对淬硬层深度影响

图3 加热距离对淬硬层组织影响

表2 低温退火槽口变形数据

表3 预压缩变形槽口变形数据