轴承盖高温形变热处理

朱正才

（南京交通职业技术学院，江苏 南京 211188）

1 前言

形变热处理是近年来发展起来的一项热处理新工艺。它是在金属材料上有效利用形变强化和相变强化，将压力加工与热处理相结合，使成形工艺和最终性能统一起来的一种工艺方法。它不但能够得到一般加工方法所达不到的高强度与高塑形的良好结合，并且还能简化钢材或零件的生产流程而带来明显的经济效益。形变热处理分为高温形变热处理[1]和低温形变热处理两类。高温形变热处理是将钢加热至稳定奥氏体区，保持一段时间，在该温度下变形，随后立即快冷至一定温度，以获得所需组织。

形变热处理的实质就是在材料的奥氏体区域内，对钢材进行塑性变形，随后利用锻造余热进行淬火，以固定在形变过程中所具有的特殊组织形态，从而提高材料的塑形、韧性及强度。

凡经锻造加工的普通碳素结构钢、合金钢和不锈钢等的毛坯调质件以及轧制的环类件，都可以进行形变热处理。这种工艺不仅所需设备简单，投资耗费少，而且操作技术也不复杂，容易掌握。既节约了能源，降低了成本，又可缩短施工周期，确保质量。

2 轴承盖新老热处理工艺比较

轴承盖是机械压力机曲轴部位滑动轴承上的重要零件，在使用中，受到复杂载荷的作用，需要具备较高的综合机械性能。锻件如图1所示。锻件质量6.5kg，材质45钢，热处理要求调质217～255HBS。

图1 轴承盖锻件图

老工艺锻造及热处理工艺规范为：在燃煤反射炉中加热到1200℃始锻温度[2]，在750kg空气锤上胎膜锻，锻后在空气中冷却，然后正火，再经调质（淬火，高温回火）处理，其加热曲线如图2所示。其工艺流程为：

图2 锻造加热及调质过程

形变热处理工艺过程如图3所示。

综合以上两种热处理工艺，其流程如图4所示。

从图中可以看出，原工艺锻造完工后，需经正火加热，淬火才能高温回火，而且费时较多。新工艺省去了正火、淬火的加热，节省能源，缩短生产周期，减少造成质量事故的机会。

图3 锻造加热调质过程

图4 常规工艺与锻热调质工艺流程比较

3 形变热处理工艺规范

锻造前，将炉温加热到1350℃，实际的始锻温度为 1250℃～1300℃，终锻温度为 1000℃～950℃，切边后保证温度高于900℃。将锻件放入油或水中淬火，570℃回火100分钟出炉空冷。

4 数据分析

4.1 探伤

油淬试件10件，抽取5件进行磁粉探伤，未发现有影响强度的裂纹。水淬试件10件，全部进行磁粉探伤，其中6件发现有裂纹。该裂纹的长度为20mm～55mm不等。深度为＜1.5mm。测试结果表明，用水冷却的能力高，冷却速度快，易产生内应力，高温淬火会导致锻件开裂，所以选择油淬是合理的，能完全避免裂纹的产生。

4.2 硬度

对10件油淬试件进行硬度测试（在轴承盖两连接板平面上），硬度值见表1。从表中可看出，每个连接板上不同的位置上测量的硬度值是基本均匀的。

表1 形变热处理不同位置硬度值（HRC）

4.3 金相

（1）普通调质金相。金相组织为片状索氏体与呈白色网状分布的铁素体，显微硬度HBS185。由显微组织可以看出，试样的淬火温度偏低Ac1附近，未能获得调质效果，如图5所示。

（2）形变热处理金相。金相组织肌体为细片状索氏体及白色网状铁素体，显微硬度HBS230。针状铁素体由晶界向晶内延伸，有轻微的魏氏组织，如图6所示。

（3）普通调质与形变热处理金相比较。形变热处理金相基本符合要求，但出现了少量的魏氏组织。其原因是锻后温度高，放入油中淬火时间间隔较长，使得晶粒粗大。

图5 普通调质金相（400×）

图6 形变热处理金相（400×）

（4）压力实验。压力实验表明，形变热处理后制件的屈服极限达到360MPa，而普通调质制件的屈服极限350MPa。形变热处理后制件的综合机械性能大大优于普通调质工艺的综合机械性能。经过形变热处理的轴承盖可提高实际使用的可靠性。

5 强化机理分析

金属的强度取决于原子间结合力及组织状态两大因素[3]。融入肌体中的合金元素只能在大的范围内改变原子间结合力。而各种加工处理过程只能改变组织状态。

提高金属强度的途径有二：其一是尽可能减少金属的组织缺陷，使之接近于理想的完整晶体；其二是在有缺陷的工业材料上通过一定的加工处理引入大量的位错以及造成阻止位错运动的障碍。这样，因位错本身的相互缠绕或受溶质原子、沉淀相、晶界和亚组织等所构成的障碍阻塞，造成晶格滑移困难，从而达到提高强度的效果。

6 结束语

在金属材料上合理综合运用形变强化与相变强化工艺，可得到更加满意的强化效果。对一些重要零件的强化，提高综合机械性能，具有重大实际意义。

[1] 王健安.金属学与热处理[M].北京：机械工业出版社，1996.

[2] 锻压手册编委会.锻压手册（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2002.

[3] 朱正才.Cr12MoV钢的锻造与热处理[J].热加工工艺，2009，（19）：166-167.