浅谈减少CrWMn芯轴热处理畸变的工艺措施

【摘要】二、畸变原因分板及改进措施 （1）退火软态料一般是经电炉冶炼，浇锭成形，开坯轧制成材的。一方面，钢中气孔、疏松、缩孔难以消除，铸态共晶碳化物组织偏析严重，而且CrWMn钢中钨...

【摘要】crwmn轴类模具，在淬火过程中时常发生变行量超差造成报废。通过改进工艺线路，在机加工前加以锻造，高温正火及回火，在等温球化退火后增加调质工艺及增加精磨次数及去应力回火次数，从而达到减小工件的变行量。

【关键词】锻造；高温正火及回火；调质处理

一、芯轴的原加工工艺

芯轴原加工路线为：毛坯粗加工—等温球化退火—半精加工—淬火—精磨—低温去应力回火—精磨。（1）等温球化退火工艺。芯轴零件毛坯为退火软态料，未经锻造直接下料加工，经等温球化退火，即零件随炉加热到780℃～800℃，保温2h～3h随炉缓冷至690℃～710℃，等温3h～4h出炉空冷。（2）淬火

CrWMn钢正常淬火加热温度为830℃～840℃，油中淬透直径为70㎜～80㎜。而芯轴外圆直径φ99mm，为保证淬火硬度，采用高于正常淬火温度的870℃～880℃加热保温淬火，为减少芯轴由于热应力带来的加热畸变，在淬火加热过程中采用了600℃～650℃预热。淬火后采用180℃×（5～6）h回火。达到芯轴硬度要求。（3）去应力回火工艺，零件淬火后精磨单边去除1mm余量，进行一次160℃×（5～6）h低温去应力回火，以消除磨削应力并精磨至最终尺寸。

二、畸变原因分板及改进措施

（1）退火软态料一般是经电炉冶炼，浇锭成形，开坯轧制成材的。一方面，钢中气孔、疏松、缩孔难以消除，铸态共晶碳化物组织偏析严重，而且crwmn钢中钨和铬都是碳化物形成元素，钢中有较多的碳化物，更加剧了碳化物组织偏析，严重时钢中形成偏析碳化物带，造成材料内部组织不均。另一方面，芯轴用这种大直径钢材锻后或轧制冷时心部冷却缓慢，很难避免二次碳化物网。因此，一般要求在锻后的球化退火前必须先在960℃～980℃进行高温正火，随后650℃高温回火，以消除锻造应力，消除碳化物网，细化晶粒，均匀组织，改善被切削加工性。芯轴属细轴类零件，细长比达18，淬火畸变大。而淬火用870℃～880℃加热保温，油中冷却至150℃～200℃，出油空冷，以防止冷速太快造成芯轴开裂。之后采用180℃×（5～6）h回火。采用3次回火代替一次回火，即180℃×（3～4）h空冷进行两次回火后，再进行一次低温160℃×（3～4）h回火，这样不仅可促使淬火后残留奥氏体向马氏体转变，提高淬火硬度，而且降低了淬火应力和回火应力，稳定了芯轴尺寸。工艺路线中，为防止零件由于热处理畸变报废，淬火后单边仍留有1.2mm～1.4mm机加磨削余量，为了减少机加工应力，减少和由此引发的芯轴畸变，将随后的磨削加工中的1次去应力回火调整增加为3次，即单边每磨削0.2mm～0.5mm就进行1次160℃×（8～10）h的低温去应力回火，以进一步降低淬火和回火残余应力，消除磨削应力，防止应力累积，保持芯轴尺寸稳定。（2）对球化退火后原材料组织的进一步改善。为进一步改善淬火前芯轴内部组织，减少淬火畸变，在等温球化退火后增加了一次调质处理作为预备热处理进一步细化晶粒，细化碳化物，改善组织均匀性，减少最终淬火畸变。球化退火后的调质处理之所以使最终淬火畸变量减少，是因为钢调质后的体积小于退火态的体积，起到了预压缩体积的作用，显著减少最终热处理后体积膨胀量和线膨胀量约30%～50%；降低最终热处理后的各向异性程度，将纵向或横向畸变量的差异降低至50%左右；减少最终热处理后的零件翘曲。采用调质热处理工艺参数为：870℃～880℃加热保温，油中冷却至150℃～200℃，出油空冷；630℃高温回火，以便于最终淬火前的机加工。为消除机加工应力，减少最终淬火畸变，在机加工后最终淬火前进行一次稳定化处理，即（630～650）℃×（2～3）h空冷。（3）改进后的工艺路线及效果。毛坯锻造—高温正火+高温回火—粗加工—等温球化退火—调质处理—半精加工—（稳定化处理）—淬火+3次回火—精磨—去应力回火—精磨—去应力回火—精磨—去应力回火—精磨。在随后的磨削加工过程中检测3根旋压芯轴，均未发现有新的加工畸变发生，并且旋压芯轴使用寿命也有明显提高。

三、结论

（1）CrWMn钢施压芯轴毛坯经锻造处理，提高了钢中碳化物分布的均匀性，细化了碳化物粒度，优化了原材料内在质量。（2）锻后应进行高温正火及高温回火以消除锻后缓冷和大件锻后带来的碳化物网，消除锻造应力，细化晶粒，均匀组织，改善被切削加工性能。（3）等温球化退火后的调质处理可进一步细化晶粒，起到预压缩钢体积的作用，减少最终淬火畸变量。（4）淬火后采用3次回火（180℃×2次+160℃×1次）可进一步减少钢中残留奥氏体量，提高硬度稳定尺寸，降低淬火应力和回火应力，减少畸变。（5）清磨工序加工中采用3次去应力回火，进一步减少精磨畸变量。

参 考 文 献

[1]蔡美良等．工模具钢金相热处理[M]．机械工业出版社，2000（6）