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滲碳淬火墊板變形及如何矯正？

接近方形薄板的熱處理變形及校直問題一直是此類滲碳工件的生產難點，我公司產品中一批滲碳淬火墊板，加工工序為：下料→鍛造→正回火→粗磨→滲碳、淬火→精磨，滲碳后淬火工藝為830mm×2h，油淬，180℃低溫回火。


在以前的滲碳淬火過程中，我們運用傳統的淬火方法，為了防止其因裝爐不當所帶來的變形，用吊具垂直懸掛，但淬火后仍會產生較大變形，*大達3.5mm。之后我們采取工裝夾持，效果良好，現將整個改進過程闡述如下。


1.零件結構及加工工藝
該件材質20CrMnMo，滲碳前單面余量（1+0.1）mm。尺寸約為530mm×470mm×25mm，具體如圖1所示，硬度要求：≥55HRC。

2.熱處理變形超差與分析
920℃滲碳，滲碳完一次加熱淬火，淬火冷卻介質為20#機油，淬火完成后，我們對其中隨機八件工件進行測量，結果如表1所示。

通過測量我們發現，所有工件滲碳面呈“鍋形”，即滲碳面凹陷，四角翹起，非滲碳面鼓出，我們對其變形成因進行如下分析：

在工件垂直入油冷卻后，平板兩面溫度下降速度基本是一致的，可是，為了節約后續非滲碳面的機加工成本，我們在非滲碳面刷防滲涂料。此時，由于滲碳面和非滲碳面發生馬氏體（相變）的溫度并不相同，出現了相變的不同期性問題。非滲碳面的Ms點相對要高，先發生相變，導致體積增大，并在比較窄的溫度區間完成了全部相變過程，而這時滲碳面仍然處于過冷奧氏體熱收縮階段，塑性較好，導致整個工件發生了滲碳面下凹的變形。當溫度降至滲碳面的Ms以下發生馬氏體相變時，體積增大率雖然比較大，然而，由于與非滲碳面及其滲碳層下面的心部區域的尺寸相比，其厚度顯得很單薄，此時因非滲碳面體積膨脹已產生的阻力相對較大，使之不能改變前面因非滲碳面變形所帶來的變形抗力。也就是說，前期的變形保留了下來，形成*終的“鍋形”。
表1  未用夾具前變形情況

編號	1	2	3	4	5	6	7	8
變形量/mm	3.2	2.9	2.7	3.0	2.5	3.1	3.5	2.2

我們滲碳前單邊留量（1.0+0.1）mm，從實測數據來看，超差過大，本身此類寬薄板難以校直，起先我們用壓力機進行校直，效果不佳，且難于操作，加之工件內部有沉孔，強度較小，壓斷風險增大，操作難度較大。之后我們采用冷敲擊法，擊打低點，使其利用金屬的延展性進行校直，但效率慢，而且勞動強度大。



3.工藝試驗與變形控制
既然變形方向一致，我們就對四角翹起現象進行阻止，另一方面，雖然滲碳過程中熱應力不會產生較大變形，但為了防止其微小變形，并為了對沉孔起保護作用，不讓其因滲碳而增加脆性，我們對第二批工件在滲碳之初利用工件的沉頭孔，用螺栓作為夾具對其固定，為了保證各面受力均等且冷速較快，我們在螺栓中間穿入φ50mm×80mm的鋼管，且嚴格控制鋼管長度（80±0.1）mm，如圖2所示，之后對其進行滲碳淬火，在保證工藝正確的前提下，我們對其變形再一次進行了檢查，結果如表2。
表2  用夾具后變形情況

編號	9	10	11	12	13	14	15
變形量/mm	1.2	1.0	1.1	1.	0.9	1.5	1.1

4.結語
實踐證明，在滲碳以及淬火時對墊板進行固定，對控制其變形具有重要作用，從實測數據可知，該零件尺寸合格率達到96%，取得了良好的改進效果，滿足了生產的需要，節省了人力，并取得了良好的經濟效益。

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