高频淬火工艺改进

维摩诘

高频淬火工艺改进
我厂为某汽车厂国产化配套中，有一种要做高频淬火的调节螺钉。该螺钉的材料为42CrMo钢，要求对呈球状的端部进行高频淬火，淬火后硬度≥52HRC，淬硬层深度2-4mm。
% N9 u; M3 `: {9 P# U
; a8 k( ]3 G" c  {% v1 P" x* Y开始，我们认为，要求的硬化层较深，是该工艺的热处理关键。初试时采用了较长的加热时间。试验工艺和结果如表1所示。虽然表面硬度和淬硬深度都达到要求，但淬火部位出现较长的裂纹。同时，因加热时间长，还产生了0.15mm的脱碳层。
表1 初试工艺及结果
阳压/kV阳流/A栅流/A加热时间/s冷却介质淬硬层深度/mm硬度/HRC脱碳层深度/mm
1130.68自来水浸淬3.4-3.9540.15
. y4 s- ?$ `/ }$ H) x
/ n  t) y+ a3 Y8 ?5 l% r! g1 d经过分析，我们认为淬裂和表面脱碳都可能是加热时间过长引起的。为此，采取了几种缩短加热时间的试验方案，试验工艺及结果如表2所示。
3 L: V. `9 C4 A( j表2 缩短加热时间的工艺及结果
0 M9 k( ]% s6 t3 U
+ w4 k3 A- O6 s" P序号工艺参数检测结果
阳压/kV阳流/A栅流/A加热时间/s冷却介质淬硬层深度/mm硬度/HRC脱碳层深度/mm裂纹
& N$ x" `; k' e7 f) \# D111.02.40.507.0自来水浸淬3.2-3.8540.120发现几条细小裂纹
210.52.40.406.5自来水浸淬3.2-3.7550.100存在
; Y2 {; i/ e* y' T( b( ?( }  y310.52.20.355.5自来水浸淬2.8-3.3550.030存在
410.52.20.355.0自来水浸淬2.5-3.1550.005存在
; c$ S$ g1 m  B' R9 S% N( i! `: t
& @0 c! a' p' l5 _1 Z! E+ B; b按表2的方案将加热时间缩短后，淬火硬度和淬硬深度仍然达到要求。方案4的加热时间缩短到5s，还可以把表面脱碳层深度减少到0.005mm，但是，这几个方案都没能解决淬火开裂问题。

根据我们以往的经验，使用适当浓度的聚乙烯醇溶液淬火，可能解决42CrMo钢淬裂问题。于是，在上述工艺试验的基础上，安排了两种浓度的聚乙烯醇水溶液作冷却介质的试验方案。试验工艺及结果如表3所示。
! g1 Y6 H$ f/ W+ ?6 w- f7 e6 U表3 聚乙烯醇水溶液的试验工艺及结果
序号工艺参数检测结果
4 V2 b5 `) m7 R: }) W% W% G阳压/kV阳流/A栅流/A加热时间/s冷却介质淬硬层深度/mm硬度/HRC脱碳层深度/mm裂纹
110.52.20.355.00.3%聚乙烯醇溶液2.5-3.1540.005存在
2 D: D) }4 H" P$ M$ O  t210.52.20.355.00.5%聚乙烯醇溶液2.5-3.1540.005存在
" e% E3 H, d! ]- d
7 l9 g: S0 n! R  t2 S9 q两种浓度的聚乙烯醇都未能解决淬裂问题。这时，我们想到，在(金属热处理)杂志上曾经看到，用PAG类新型水溶性淬火剂成功解决了合金结构钢感应加热淬火开裂的问题的文章[1]。最终选择了北京华立精细化工公司并购买了PAG淬火剂今禹8-20。按照该公司的建议，我们安排了浓度为10%的两种试验。试验的工艺和结果如表4所示。
( A8 N* R% W6 \2 o表4 今禹8-20的试验工艺及结果
序号工艺参数检测结果
阳压/kV阳流/A栅流/A加热时间/s冷却介质淬硬层深度/mm硬度/HRC脱碳层深度/mm裂纹
110.52.20.355.0今禹8-20浸淬2.5-3.1540.005无
210.02.20.355.0今禹8-20浸淬2.4-2.8540.005无

淬裂问题解决了，热处理要求全部达到了。但淬硬层深度不够均匀。检查淬火工件的截面，发现球面端部的边缘淬硬层浅，而中间部分比较深。

9 _' u2 t  H8 g3 S, w, }8 |
作为对比，我们检查了进口原件的淬硬层分布。该零件的淬硬层分布与球形端面基本相仿，淬硬层基本是均匀的。按感应加热原理[2]，解决这个问题的方法应是改进感应器。图2是原感应器与工件位置关系示意图。图3是改进后的感应器与工件位置关系示意图。
- Z# C: {* }' }8 `
; [# ?( z9 _: R9 q- @用改进后的感应器进行了一组试验，工艺参数和结果如表5所示。经检查对比，各项指标与进口件的质量相当。淬硬层均匀了，全部达到我们希望的效果。现已按表5工艺进行生产。表6是对比试验结果。
0 {/ a( g$ a3 l: [7 U2 @表5 改进感应器后的试验参数及结果
工艺参数检测结果
) `# S+ M9 s3 N8 z. }& H阳压/kV阳流/A栅流/A加热时间/s冷却介质淬硬层深度/mm硬度/HRC脱碳层深度/mm裂纹
10.02.20.355.0今禹8-20浸淬2.8
0 D9 f/ `. `. O" m& d* X550.005无
4 L+ A3 A- s! e% \1 e% \
表6 与进口零件的质量对比
+ n6 D" V; e. R4 J: f5 g分析项目进口零件本厂生产件
基体硬度（HRC）2628
4 j9 }% H) M7 |" |0 t* O/ I基体组织细小索氏体细小索氏体
+ d6 ^# @. Z+ F: z球头硬度（HRC）5455
硬化层深度/mm2.62.8
过度区长度/mm0.200.30
4 E* O/ K% M9 j硬化层组织隐针状马氏体≤3级隐针状马氏体≤3级
8 c) o4 _! u) {1 N" C
# w- F1 E; e: S在确定生产工艺的试验中，出现过淬裂、脱碳、淬硬层深度不均等问题。通过分析研究，借助《金属热处理》杂志提供的信息，从感应加热时间、淬火介质、感应器等方面着手，把问题解决了，并且使调节螺钉的热处理质量达到了国外同类产品的质量水平。