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浅谈齿轮锻坯等温正火工艺德州齿轮（邮编：253018） 李玉婕 正火是汽车变速器齿轮、轴类零件锻坯预先热处理常见工艺。目标是为了取得均匀、靠近理想平衡状态组织（铁素体和珠光体）和适宜硬度范围（160-190HB），以提升切削加工性和控制最终热处理变形。但常规正火因为受设备限制采取堆装、堆冷方法，会造成不一样零件之间或同一零件不一样部位冷却速度及其组织、应力和硬度较大差异，造成切削加工性能恶化和热处理变形加大，从而降低齿轮精度等级和影响齿轮使用性能。另外，伴随汽车行业中齿轮、轴类零件精度等级提升和Ni-Cr钢普及应用，采取常规正火工艺已经不能适应生产要求，为此我们企业于底进行技术改造，购进了一条等温正火线，并于六月份调试完成。在等温正火线调试和试生产过程中，我们对20CrMnTiH、20CrMoH、SAE8620H等材料进行了等温正火试验，经过工艺试验得出以下结论：要取得均匀分布组织、硬度和良好机械切削加工性能，关键取决于正火工艺过程中快冷、缓冷设计和等温温度、时间确实定。下面做一简单总结回顾：一、 等温正火及其关键工艺参数：依据常见低碳合金渗碳钢奥氏体连续冷却转变曲线，图1所表示，从图1中能够看出其共同特点是：奥氏体均匀化后，在随即冷却过程中，因为冷却速度不一样，正火后不一样零件之间或同一零件表面和心部组织也不相同（铁素体和珠光体含量百分比或含有贝氏体）。要完全取得理想均匀铁素体和珠光体，则对冷却速度限制较为严格，这是常规正火极难实现。等温正火原理是将工件加热到AC3或ACcm以上3050，保温合适时间后，以适宜方法冷却到珠光体转变区域某一适宜温度，并在此温度下保温，使不一样零件和同一零件不一样部位温度均匀化，并在该温度下均匀地完成铁素体+珠光体转变，然后在空气中冷却正火工艺。因为不一样零件和零件不一样部位基础上是在同一温度下完成组织转变，所以转变产物及应力、硬度分布是均匀，从而克服了常规正火过程中零件冷却速度难以控制、零件冷却不均匀问题。等温正火通常工艺过程图2所表示：从图2中能够看出，等温正火处理包含三个工艺区间：（1）加热和奥氏体均匀化阶段；（2）中间冷却阶段（从奥氏体化温度冷却至等温处理温度阶段）；（3）等温处理阶段和以后空冷。1、加热和奥氏体均匀化阶段：关键工艺参数是加热温度和保温时间。和常规正火相同，这一阶段关键是为了消除铸造原因引发不良组织和缺点，达成组织、成份均匀化，为后续热处理取得良好组织和性能打下基础。奥氏体化加热和保温阶段温度选择和常规正火相同，通常采取920950。2、中间冷却阶段：这一阶段不管在设备制造上，还是对整个工艺设计，全部是十分关键问题。关键工艺参数包含装炉方法、快冷方法（包含冷风量及冷风方向）、快冷时间、缓冷方法（包含风量和风向）和缓冷时间等。对于设备制造，要考虑风冷过程中冷却室各个部位冷却速度均匀性，同时应考虑能实现快冷和缓冷结合，从而实现不一样零件之间或同一零件内、外部温度均匀化，方便实现均匀组织转变，在设备调试过程中，对于这一点我们是有深刻体会。而对于工艺，应调整好装炉方法和装炉量、冷却速度和冷却均匀性之间关系。这一阶段是控制带状组织和避免非平衡组织转变关键阶段。所以，在工艺上采取控制冷却方法即以快速冷却方法冷却至靠近铁素体转变终了线，然后采取缓冷方法使得零件之间或零件不一样部位温度均匀降至等温温度。3、等温处理阶段：关键工艺参数包含等温温度和等温时间。等温温度和等温时间应依据材料等温转变曲线、装炉量和零件有效厚度等加以确定，应充足确保奥氏体向铁素体和珠光体发生转变有足够时间。二、等温正火应注意多个问题：如前所述，材料奥氏体等温转变曲线是制订等温正火工艺依据，依据上述对等温正火中各阶段关键工艺参数分析，在制订等温正火工艺时应注意以下多个问题：1、装炉方法和装炉量：等温正火对零件装炉方法和装炉量要求较为严格，关键目标是为了在中间冷却阶段取得良好冷却均匀性，避免散热不均匀和散热“死角”。装炉方法应确保通风顺畅，然后依据设备有效尺寸要求确定装炉量。2、奥氏体化温度和时间确实定：根据常规正火温度通常选择方法选择正火温度，对于低碳合金渗碳钢，同时应考虑相当于或略高于渗碳（或碳氮共渗）温度1030，不过不要选择太高温度，以预防实际晶粒不均匀长大混晶或过烧组织出现，所以通常选择920950。为了避免奥氏体化加热时间过长，同时又确保零件表面和心部能够达成一致组织状态，应考虑采取分段加热方法处理，附加一段860920预热。理论上讲，奥氏体化保温时间越长，组织均匀性越好，尤其是对正火后带状组织改善越有利。不过我们从生产角度来考虑，更应该重视经济性和实用性，关注经济效益和生产效率，依据零件装炉量、有效尺寸和装炉方法分析，选择24小时。对于20CrMnTiH、20CrMoH、SAE8620H等易于实现均匀化钢材来说，通常选择23小时；而对于Ni-Cr、Ni-Cr-Mo钢中高Ni钢，则为了使带状组织消除很好，通常奥氏体化时间应较长，可选择34小时。3、中间冷却阶段控制为了有效实现带状组织控制，又避免贝氏体组织出现，在工艺上应合理分配速冷时间和缓冷时间，尽可能实现在速冷后，部分完成铁素体转变（能够采取红外仪测试零件温度，速冷后零件表面温度通常在700左右）。缓冷依据材料等温转变曲线和不一样材料，应使零件表面温度控制在不一样范围，通常略高于等温处理温度2030。4、等温温度和时间实际生产中，能够在一定温度范围内，经过调整等温温度达成调整齿坯硬度，以适应多种机械加工需要。等温温度选择是依据材料等温转变曲线和齿坯硬度、带状组织要求和零件尺寸、装炉量等来选择，标准是选择先共析铁素体和珠光体转变“鼻子”周围温度范围。等温时间选择往往依据实际生产经验来确定。参考文件中提出了确定等温时间简单而有效方法是：从等温出炉一批零件中取出一件，放在水中冷却，然后比较等温后和正常空冷条件硬度，假如水冷零件硬度显著高于空冷零件硬度，则说明等温过程不足，需要延长等温时间。三、等温正火齿坯组织及性能要求：为了确保良好机械切削加工性能和有效实现热处理变形稳定性控制，齿坯等温正火通常应达成以下要求：1、等温正火处理后，显微组织应为均匀分布铁素体和珠光体，许可有少许针状铁素体和轻微混晶存在，但不许可存在大块状分布特征铁素体。2、晶粒度为5-8级。3、带状组织：根据GB/T13299-1991评定，应2级。4、无贝氏体。5、硬度及其均匀性：依据机械切削加工性能对材料硬度要求，通常在160-190HB之间最好，但从等温正火工艺和设备能力角度考虑，通常要求156-207HB。硬度均匀性：同一截面、同一毛坯件不一样位置硬度差应8HB，不一样毛坯件硬度差应15HB。经过对多个变速器齿轮、轴类零件进行等温正火工艺试验，我们处理了因为齿坯组织和硬度不均匀造成机械加工困难问题，同时也改善了热处理变形稳定性，降低了零件报废率。四、结论：1、等温正火工艺采取，实现了变速器齿轮、轴类零件齿坯质量有效控制，从而改善了切削加工性和热处理变形稳定性。2、等温正火工艺制订关键是依据奥氏体等温转变曲线，合理控制中间冷却阶段快冷、缓冷速度和时间和等温处理温度和时间。参考文件：1、 刘光明 渗碳钢齿坯预先热处理方法及其效果对齿轮制造过程及质量影响。2、 刘云旭、朱启慧 Cr-Mn合金渗碳钢锻件正火处理后显微组织和性能；3、 许洛萍 铬镍钼齿轮钢冷挤压坯料热处理工艺研究。