间隔环亚温淬火工艺研究



间隔环亚温淬火工艺研究

1 间隔环的结构和加工工艺

间隔环的主要尺寸如图1所示。

图1 间隔环结构示意图

间隔环材质为45钢。45钢是较常见的结构钢，广泛应用于各种零件的制造中。通常使用的热处理工艺为淬火+中高温回火，要求具有一定的强度和硬度。尖角类零件的热处理工艺采用水淬-油冷方式，淬火后存在出现淬火裂纹的风险，并伴有较大的变形，可导致零件报废或增加机械加工工序的难度。

间隔环的加工工艺为钢板下料，在机械加工粗车后进行热处理，进而精磨成形。设计要求硬度为40～45 HRC,C面变形量≤0.35 mm。在按照正常工艺进行生产过程中，因淬火裂纹和变形量超差，导致产品合格率只有60%。为了提高间隔环合格率，进行了大量的工艺试验，解决了长期困扰生产的难题。

2 原热处理工艺及存在的问题

2.1 原热处理工艺

传统的工艺方案是采用盐浴炉加热，淬火温度一般为Ac3+(30～50) ℃。对于45钢零件的淬火热处理工艺，一般为淬火温度(840±10) ℃，随后在40～80 ℃的水-油中冷却。原热处理工艺如图2所示。

图2 原热处理工艺

2.2 存在的问题

原热处理工艺存在下述问题。

1)易产生淬火裂纹。淬火过程和回火后的组织如图3和图4所示。由于淬火引起的热应力和组织变化引起的组织应力共同作用，当内应力超过材料的抗拉强度时，就可能使显微裂纹扩展，形成宏观裂纹。由此可知，在淬火过程中，任何促成裂纹生成和长大，并且增大拉应力的因素都可能使零件产生淬火裂纹。

图3 840 ℃淬火，水-油(40～80 ℃)冷却后组织

图4 380 ℃回火空冷金相照片

钢中的碳含量对淬裂倾向有较大影响。一般淬火裂纹发生在碳含量>0.4%，Ms点为<330 ℃的钢中，而45钢正处于这一范围中。随着碳含量的增加，板条马氏体减少，针状马氏体增加，淬火显微裂纹增加，同时Ms点降低，脆断强度降低，增大了淬火裂纹倾向。间隔环由于其结构复杂，淬火裂纹极易发生。

2)变形大。间隔环厚度为13.8 mm，台阶多，有棱角，无倒角，加热后C面变形较大，这主要是由于淬火引起的不均匀塑性变形引起。后续机械加工精磨C面，需要保证图1中2个(3±0.3) mm尺寸。热处理后平面翘曲，精磨失去基准，部分淬火黑皮不能磨削去除，造成产品不合格。

3 改进的热处理工艺及效果

45钢的相变温度Ac3为780 ℃，而Ar3为750 ℃，因此淬火温度由传统的850 ℃下降到Ar1～Ar3，采用5%～10%的NaCL溶液冷却，可以抑制低温奥氏体析出铁素体。转变后的马氏体组织相对细化，硬度分布均匀，并获得良好的强韧配合。使用亚温淬火工艺，即使是处在淬裂危险截面尺寸的零件也不会出现淬火裂纹。改进的热处理工艺如图5所示。

图5 间隔环亚温淬火工艺示意图

亚温淬火组织及380 ℃ 回火组织分别如图6和图7所示。与原热处理工艺相比，亚温淬火后马氏体组织均匀细小，块状和网状铁素体基本消失,少量铁素体孤立分布于马氏体组织中。

图6 间隔环亚温淬火后组织

图7 间隔环380 ℃ 回火组织

采用改进工艺的热处理零件，经探伤检查后表明，硬度合格，没有出现裂纹；同时由于淬火温度的降低，有效降低了热处理变形，满足了设计要求。

4 结语

综上所述，可以得到下述结论。

1)通过采用亚温淬火这种非传统热处理工艺，配合合理的装挂方式，能够有效减少间隔环裂纹的产生，大大降低了淬火变形。

2)45钢采用780 ℃亚温淬火，其内部组织为细小马氏体，强韧性好，并且不会出现铁素体组织。

责任编辑 马彤

闫晓红1，邬哓颖1，葛 军1，王思涛1，张国振1，魏 敏2，林 灿2，祝国荣1，闫徳媛1

(1.北京北方车辆集团有限公司 工艺技术中心，北京 100072；2.中国北方车辆研究所，北京 100072)

装甲车辆用间隔环材质为45钢，探讨了采用亚温淬火工艺对装甲车辆用间隔环组织和性能的影响。结果表明，采用780 ℃亚温淬火，其内部组织为细小马氏体，其强韧性好，亚温淬火后残留铁素体呈细小针状，且钢的强度、硬度降低不多。与传统的淬火工艺相比，亚温淬火能够有效避免间隔环淬火裂纹的产生，大大降低淬火变形。对于尺寸较小、结构复杂的零件，亚温淬火工艺具有广泛的应用前景。

间隔环；亚温淬火；金相组织；变形

The Application of Subthermal Quenching Technic on Spacer Ring

YAN Xiaohong1, WU Xiaoying1, GE Jun1, WANG Sitao1, ZHANG Guozhen1, WEI Min2, LIN Can2,

ZHU Guorong1, YAN Deyuan1

(1.The Institute of Technology, Beijing North Vehicle Group Corporation, Beijing 100072,China; 2.China North

Vehicle Research Institute, Beijing 100072, China)

The effect on metallurgical structure and property of 45 steel spacer ring for armored vehicles is discussed with the use of subthermal quenching technic. The experimentation shows that by means of 780 ℃ subthermal quenching, the martensite of the part is very thin and has high tensile strength and toughness. The remaining ferrite after subthermal quenching takes on micro-acicular while the strength and hardness reduces very little. By comparison with the normal heat-treatment, the subthermal quenching techinic can avoid the spacer ring from crack-producing, and reduce quenching deformation largely. The subthermal quenching technic could be used in some parts with small dimension and complicated framework, and having wide application in the future.

spacer ring, subthermal quenching, metallurgical structure, deformation

闫晓红(1976-)，女，工程师，主要从事材料及热处理等方面的研究。

2016-03-16

TG 142；TG 156

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