45钢轴杆淬火变形控制

重庆市嘉和机械制造有限公司 （400033）吴 卫 黎 强 张庆阳

45钢轴杆零件直径较大时，热处理淬火采用油冷方式不能完全保证金相组织达到技术要求。若采用水冷方式容易出现裂纹或变形。现有45钢轴杆（φ22mm×133mm）、热处理调质处理后要求变形量控制在0.40mm内。采用网带炉淬火（830℃×1.5h）、15%NaCl水溶液冷却，出现约20%比例变形量超标，导致零件机加工受阻。为了对该零件的变形实施控制，进行了一系列的工艺试验，摸索出影响变形的主要因素。通过工艺改进，有效地控制了零件的变形。

1.技术要求及相关数据

技术要求：表面硬度为18～23HRC，心部硬度≥16HRC，金相组织为回火索氏体，表面≤4级，心部≤6级。材料化学成分见表1，临界温度见表2。

表1 45钢的化学成分（质量分数） （%）

表2 45钢临界温度 （℃）

2.工艺改进

（1）加热温度的改进 根据45钢临界温度Ac3为780℃。为减少变形，将加热温度调整为815℃，改进前后工艺见图1a、图1b。

（2）装料方式的改进 原工艺装料方式是横放和竖放两层（见图2a），从网带炉加热运行特性分析，该装炉方式加热时间长，且零件的加热及冷却状态缺乏一致性。因此，将装炉方式调整为横放一层，缩短加热时间（见图2b）。

图1

图2

（3）加热时间的改进 由于装炉方式调整，加热保温时间大大缩短。经计算及经验，升温+保温时间选取55～60min。

3.工艺验证

（1）加热温度对变形量的影响 其他工艺条件相同（加热时间55min，介质温度35℃）的情况下，加热温度分别取815℃和820℃进行工艺试验。淬火后抽检50件，变形量检测结果见表3。

表3 不同加热温度下变形量检测对比

（2）加热时间对变形量的影响 其他工艺条件相同（加热温度815℃，介质温度35℃）的情况下，加热保温时间分别取55min和75min进行工艺试验。淬火后抽检50件，变形量检测结果见表4。

表4 不同加热时间下变形量检测对比

（3）介质温度对变形量的影响 在相同的加热温度、保温时间及装料方式情况下（加热温度815℃，加热时间55min），检测不同介质温度对变形量的影响，6组试样，每组50件变形量检测结果见表5。

表5 不同介质温度下变形量检测对比表

（4）工艺验证结果 加热温度提高5℃达到820℃时，变形量大于0.3mm的占比2%；加热时间延长20min达到75min时，变形量大于0.3mm的占比2%；介质温度在30～35℃时，变形量全部控制在0.3mm内。

4.工艺改进后硬度、金相检测结果

（1）硬度检测结果见表6。

表6 硬度检测结果 （HRC）

（2）金相组织检测结果。

淬火表面组织：98%淬火马氏体+2%未溶铁素体（见图3a）。淬火心部组织：50%淬火马氏体+45%托氏体+5%未溶铁素体（见图3b）。

图3

回火后表面组织为回火索氏体3级（见图4a）。回火后心部组织为回火索氏体6级（见图4b）。

图4

（3）裂纹检测：抽查100件进行无损检测，均未发现裂纹。

5.结语

按改进后的工艺（815℃加热55～60min、冷却介质15%NaCl水溶液温度控制在30～35℃内）批量生产，零件的金相组织、硬度均能达到客户技术要求，变形量能稳定地控制在0.3mm内，完全满足客户小于0.4mm的要求。

工艺验证结果证明，零件的装炉方式、加热温度、加热时间、淬火冷却介质温度的合理选择，对于45钢轴杆零件热处理的变形有至关重要的影响。