不同热处理参数对某一轴类零件冲击性能的影响

■ 姬慧慧

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某一轴类零件在渗碳淬火处理后出现纵向开裂，从开裂情况来看属于典型的由于淬火组织应力过大造成的纵裂。为了减少淬火时组织应力对轴开裂的影响，对轴渗碳淬火的冷却时间进行了调整，通过控制轴冷却后返热温度来达到降低淬火应力的目的。本次试验主要对轴改变冷却参数前后的试样进行冲击性能试验，通过对比冲击试验结果，分析影响轴类零件冲击性能的因素。

1. 试验材料及方法

试验对为18CrNiMo7-6，共2件，规格为：φ90mm×500mm，分别标识为1、2。对试验对象进行化学成分检验，结果如表1所示。

对1、2号试样分别采用不同的热处理方法进行渗碳淬火、回火处理，试样渗碳前对轴φ90mm外圆部位刷防渗涂料，两端面不刷涂料，渗碳淬火、回火处理后检测轴两端面硬度。

各试样取样方法如下：

表1 试样化学成分（质量分数） （%）

图1 各试样取样位置

图2 冲击试样取样截面

（1）所有试样均采用线切割方法进行取样，后在平面磨床上把切片两端面磨光，采用HRS-150洛氏硬度计检测硬度。

（2）硬度切片试样、冲击试样取样部位如图1所示；冲击试样各取8个，1号试样标识为1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8，2号试样标识为2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7、2-8。为了确保同各试样均匀性，取样截面图如图2所示。

（3）冲击试样试验方法：

第一组：将1-1、1-2、1-3试样直接加工成冲击试样进行冲击试验。

第二组：将2-1、2-2、2-3试样直接加工成冲击试样进行冲击试验。

第三组：对1-4、1-5和2-4、2-5试样进行回火处理，回火温度为400℃、470℃、540℃，保温时间均为2h，回火处理后加工成冲击试样进行冲击试验。

第四组：摸索出回火工艺参数后对2-6、2-7、2-8试样进行回火处理，达到试验所需硬度后加工成标准试样，进行冲击试验。

2. 轴切片硬度结果与分析

（1）渗碳处理后轴端面硬度 对试验轴左右端面采用手持里氏硬度计检测硬度为58～62HRC，硬度符合渗碳处理技术要求，说明渗碳工艺参数合适。

（2）轴切片硬度结果与分析 对1、2号试样轴进行切片硬度检测，检测结果如表2所示，从检测结果得出1号轴整个截面硬度在27.5～33.6HRC，2号轴整个截面硬度在39.4～41.5HRC。

表2 轴切片硬度检测结果

表3 试样回火处理后硬度 （HRC）

表4 不同工艺状态下各试块冲击性能

3. 冲击试验结果与分析

对试样进行回火处理，回火后硬度检验结果如表3所示。从检测结果来看，对于1号轴采用以下回火温度进行回火处理，硬度基本没有变化，2号轴采用400℃回火，硬度与采用220℃回火基本无变化，采用540℃回火后硬度达到1号轴硬度。对4组试样进行冲击试验，冲击试验结果如表4所示。

对冲击试验结果进行分析：

（1）对第一组和第二组冲击试验结果进行比较，采用220℃进行回火处理后1号轴冲击结果高于2号轴，主要原因是1号轴硬度较低，为30～33HRC；2号轴硬度较高，为40～42HRC，说明当两种轴硬度相差较大时，硬度越低，冲击值越高。相反，硬度越高，冲击值越低。

（2）对第三组、第四组冲击试验结果进行比较，采用同样的回火温度进行回火处理后，两种轴硬度基本相同，在30～33HRC之间，冲击结果2号试样冲击值略高，可能与2号试样含Cr元素高有关，由于Cr能固溶于铁素体和奥氏体中，与钢中的C形成多种碳化物，当Cr与C形成复杂碳化物并在钢中弥散析出时，可起到弥散强化作用，所以冲击性能更好。

（3）对第一组和第三组中同样1号轴试样冲击结果进行比较，发现经过多次回火处理后，虽然1号轴硬度基本没有变化，但冲击性能却有很大的提高，说明通过多次回火处理，试样的淬火应力得到很大的降低，从而使冲击性能得到很大的提高。原锥齿轮轴渗碳淬火处理后对轴部都需要进行硝盐回火处理，以为是为了降低淬火处理后轴部硬度，从现试验结果来看，硝盐回火处理真正的目的不是降低硬度而是消除轴部淬火应力。

（4）对第三组和第四组中轴试样冲击结果进行比较，发现经过多次回火处理和经过一次回火处理得到相同的硬度，冲击值相差不大，说明对于消除轴部应力回火温度是关键，对多次回火的影响并不是很大。

4. 结语

（1）轴部硬度越低，冲击性能越高，反之，硬度越高，冲击性能越低。

（2）采用同样的回火温度进行回火处理后，同样的硬度，1号试验轴冲击性能低于2号试验轴，原因可能是1号试验轴含Cr元素低于2号试验轴。

（3）采用不同的回火温度进行回火处理后，得到相同的硬度，回火温度越高，应力消除越好，冲击结果也越高，所以对轴部增加硝盐回火工艺，能够有效地降低轴部淬火应力。但硝盐回火对环境污染严重，是否应用还需要慎重考虑。