汽车半轴热处理工艺

40Cr钢汽车半轴的热处理工艺***（中国矿业大学材料科学与工程学院江苏徐州221116）摘要:制定40Cr钢退火、正火、淬火、回火、调质热处理工艺,测定在各种热处理情况下试样的硬度和冲击韧性,并进行材料的金相组织分析,得出了40Cr钢调质处理具有良好综合性能的结论。关键词：汽车半轴；热处理工艺；金相组织；性能1引言汽车半轴是汽车的重要部件之一,要求具有合理的最佳的静扭强度和抗扭转疲劳性能.是在汽车运行中承受自重和货物重量,并传递扭矩的重要零件,常采用40Cr钢制造,其产品质量直接影响着整车的性能。40Cr钢属于亚共析钢,缓冷至室温后的显微组织为铁素体加珠光体,含有较少的合金元素,属于低淬透性合金调质钢,经适当热处理后具有较高的强度、良好的塑性和韧性,即具有良好的综合力学性能,常用于制造汽车的连杆、螺栓、传动轴及机床主轴等机械零件。2分析汽车半轴的加工工艺流程如下：半轴材料采购→下料→花键加热→锻造镦花键成形→另一端加热→锻造预镦制坯→加热→半轴盘端摆辗成形→淬火→回火→校直→抛丸→铣端面钻中心孔→校正→粗车半轴法兰盘外端面和花键外圆→粗车法兰盘内端面和外圆→精车法兰端和花键外圆→铣花键→清洗→中频淬火→回火→校正→无损检测→钻半轴法兰盘孔→磨半轴法兰轴颈→精车半轴法兰内端面→抛光→清洗→打标→包装。对于40Cr的热处理，采用预备热处理和最终热处理。调质钢经热加工后,必须经过预备热处理来降低硬度,便于切削加工,消除热加工时造成的组织缺陷,细化晶粒,改善组织,为最终热处理做好准备。对于40Cr钢而言,可进行正火或退火处理。调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。一般可以采用较慢的冷却速度淬火,可以用油淬以避免热处理缺陷。当强度较高时,采用较低的回火温度,反之选用较高的回火温度。铁碳合金相图40Cr的化学成分及临界温度见表1从铁碳合金相图可以看出：40Cr钢属于亚共析钢,在缓慢冷却到室温后的组织为铁素体和珠光体。从钢的分类来看,40Cr钢属于调质钢,具有很高的强度及良好的塑性和韧性,也就是有良好的机械性能。40Cr钢主要应用于制造业，特别是机械类制造的材料。表1所示的是40Cr的化学成分及临界温度。40Cr钢的热处理，各种参数都有规定，在实际操作中应注意：（1）40Cr工件淬火后应采用油冷，40Cr钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小，操作者要凭经验严格掌握入水、出水的温度。（2）40Cr工件调质后硬度仍然偏高，第二次回火温度就要增加，不然，硬度降低困难。（3）40Cr工件高温回火后，形状复杂的在油中冷却，简单的在水中冷却，目的是避免第二类回火脆性的影响。回火快冷后的工件，必要时再施以消除应力处理。本文根据对40Cr钢分别采用退火、正火、淬火、不同的回火温度情况下的热处理,测定不同情况下试样的硬度与冲击韧性值。3热处理工艺参数的选择对40Cr钢分别采用退火、正火、淬火、不同的回火温度情况下的热处理,测定不同情况下试样的硬度与硬度值。制定了调质热处理工艺参数，如表2所示。表240Cr调质热处理工艺参数4热处理工艺的制定4.1退火工艺的制定图1为退火及正火工艺曲线图。加热温度:Ac3+(30～50)℃，由此确定加热温度为850℃;保温时间:120min;冷却方式:随炉冷却。图1退火及正火工艺曲线图4.2正火工艺的制定加热温度:Ac3+(30～50)℃,由此确定加热温度为850℃;保温时间:120min;冷却方式:空冷。4.3淬火工艺的制定图2为淬火工艺曲线图。加热温度:Ac3+(30～50)℃,由此确定加热温度为850℃;保温时间:80min;冷却方式:油冷。图2淬火工艺曲线图4.4回火工艺的制定亚共析钢的低温回火温度为150℃～300℃,但钢材的第一类回火脆性温度在250℃～400℃,由于40Cr中含有硅、锰、铬等合金元素,第一类回火脆性温度将有所增高,所以选用低温回火温度为240℃;保温时间为60min;采用空冷。中温回火温度350℃～500℃,选用温度为460℃;保温时间为50min;空冷。高温回火温度为500℃～650℃,可选用加热温度为620℃;保温时间60min;空冷。540Cr热处理冲击韧性与硬度为了检测各组试样在热处理后的硬度,对退火和正火的试样进行布氏硬度的检测，对淬火后低温回火、中温回火和高温回火的试样进行洛氏硬度的检测，对调质处理与油淬后的试样进行冲击韧性检测。其结论如表3-表5所示。640Cr热处理后的金相组织分析6.1正火热处理正火是加热、保温后在空气中冷却,其冷却速度比炉冷快,珠光体转变温度低,因此正火后获得的珠光体比退火后的珠光体更细一些,并用3%~4%硝酸酒精进行腐蚀，得到正火的金相组织应为铁素体和珠光体组织。作用：正火工艺作为预先热处理工艺，目的是均匀组织、细化晶粒、改善切削加工工艺性能，为最终调质做好组织准备。40Cr正火后的金相组织示意图如图3所示。图340Cr钢正火后的组织(4%硝酸酒精)6.2调制处理调质热处理是淬火加高温回火,其室温组织为回火索氏体。作用：淬火是为了得到马氏体组织，以便通过回火使工件获得良好的使用性能。高温回火处理时，针对40Cr钢回火后慢冷易产生第二类回火脆性的特点，钢件回火后的冷却方式应选择油冷，而不是空冷。钢件经油冷后，所产生的热应力小、韧性好。经过调质处理，工件可获得综合力学性能良好的回火索氏体组织，保证了钢件的强韧性40Cr钢没有经过热处理的组织为珠光体,并用4%硝酸酒精进行腐蚀，得到的金相组织为回火索氏体，40Cr调质热处理后的组织示意图如图4所示。图440Cr钢调制后的组织7结语通过对不同热处理试样的冲击值、硬度值的检测,得到正火后40Cr试样的硬度值比退火后试样的硬度值稍微偏高,油淬试样的硬度低,同时硬度值低于40Cr调质钢;从金相显微组织来看,正火40Cr钢的组织为铁素体和珠光体,调质热处理40Cr钢的组织为回火索氏体,因此得出40Cr钢经调质处理后有较高的硬度、强度和比较好的韧性,就是具有良好的综合机械性能。参考文献[1]翟忠圻.金属学与热处理[M].北京:机械工业出社,1995.[2]王广生.金属热处理缺陷分析及案例[M].北京:机械工业出版社，2002.[3]石德珂.材料科学基础[M].北京:机械工业出版社，2002.[4]高为国.机械基础实验[M].华中科技大学出版社,2006.[5]傅璞.40Cr热处理工艺及其组织性能[J].机械工程与自动化,2005(5):110-114.[6]林德成.金属材料金相图谱[M].北京:机械工业出版社，2006.[7]朱张校.工程材料[M].第四版.北京：清华大学出版社，2009.[8]那顺桑.金属热处理300问[M].北京:化学工业出版社,2007.[9]康煜平.金属固态相变及应用[M].北京:化学工业出版社,2007.[10]樊东黎主编．热处理技术数据手册[M]．机械工业出版社，2000．