铬12薄壁件渗氮淬火加工变形量后变形有多大？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-01-09 10:21 标签： 淬火变形原因
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初步探索热处理变形规律
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常见的热处理方法：
薄壁内圈的变形分析及措施
来源:北京南口斯凯孚铁路轴承有限公司作者:王永立
铁路轴承内圈小端在淬火后出现锥度，此现象与内圈的壁厚有关。对比各种不同壁厚的内圈后的变化情况，对于GCr20Ni2MoA 钢，当内圈内径与小端厚度之比&15：1 且内圈小端厚度&8 mm 时，相变应力将大于材料本身的屈服强度，导致小端锥度发生变形。
对于一般零件来说，热处理质量主要体现在硬度和金相组织，经化学热处理的零件还要关注有效硬化层，另外有些零件还要进行外观检查，如不允许有氧化、裂纹、锈蚀等。对于铁路用轴承套圈而言，除此以外，更强调热处理的变形问题，如何控制热处理变形，保证后续磨加工留量，使最终加工的套圈符合图纸尺寸要求，变得尤为重要。
1、内圈信息
1.1、内圈材料
我厂出口用E 型铁路货车轴承内圈选用电渣重熔轴承钢GCr20Ni2MoA，属于合金渗碳钢。供应状态一般为热轧或。
1.2、内圈加工流程
热处理工序流程如图1，其中涉及热处理方面的有两个工序，分别为+ 一次和二次淬火+。渗碳+ 一次淬火为内圈在930 ℃渗碳后，降温至880 ℃，油淬，渗碳层深在2.0 mm 左右。二次淬火+ 回火为内圈再加热到800 ℃，油淬，经190 ℃低温回火，表面硬度在60 HRC 左右。
图1 内圈加工流程图
1.3、问题描述
内圈高度与内径比例约为1: 3，热处理后发现小端呈&喇叭口&状，且比大端处约大0.2 ～ 0.3 mm，如图2 所示。在后续磨加工中内径磨至产品最终配合尺寸后，小端仍有局部未磨到，导致内圈报废。
图2 内圈变形示意图
2、讨论及分析
2.1、车加工的影响
2.1.1、装夹
因内圈有效壁厚较薄，卡紧内圈的卡力过大，使内圈在车加工时产生较大的椭圆度。同时会造成车加工后尺寸散差较大，几何精度偏差较大( 棱圆度、锥度等) 。另外，若内圈外径滚道面和内径面偏心加工，同样会造成后续内径加工留量不均的现象。
2.1.2、残余应力
因粗车和精车之间没有去应力退火工序，车刀进给量过大产生的残余应力无法消除，对于薄壁内圈更容易增加变形的趋势。
2.2、热处理的影响
2.2.1、组织转变
渗碳过程是在完全奥氏体化的状态下进行，此时的加热保温已完全释放了车加工产生的应力，一般情况下内径会变为椭圆形。同时发现在淬火后内圈小端已出现锥度，此现象与内圈的壁厚有关。经对比各种不同壁厚的内圈在淬火后的变化情况，对于GCr20Ni2MoA 材料，当内圈内径与小端厚度之比&15: 1 且小端厚度&8 mm 时，材料的相变应力将大于材料本身的屈服强度，导致小端产生锥度变形。
2.2.2、二次淬火回火的影响
二次淬火过程内圈大端朝下，小端朝上放置，采用模具整形，涌泉式淬火方式，目的是使内圈的变形趋势降至最小。淬火模具如图3 所示，通过整形后椭圆度可以在0.15 mm 以内。内圈回火后还会因组织应力的释放而进行收缩，内圈厚度越大，收缩量也越多。因此，内圈大端收缩量大于小端收缩量。
图3 淬火模具示意图
3、试验验证和改进
综合考虑零件质量和经济效益，在粗车和精车工序之间增加去应力回火，不仅增加生产周期，而且需要投入低温连续网带炉，增加生产成本。因此，采用在内圈内径增加反锥形加工要求的方法，进行弥补热处理后的变形。如图4 所示。
图4 车加工内圈内径反锥形示意图
同时淬火模具留出上下端差值0.1 mm，弥补二次淬火+ 回火后内圈大小端收缩量的不同。如图5所示。
图5 淬火模具上下端尺寸差示意图
1) 对于GCr20Ni2MoA 材料内圈，当高度与内径比例约为1: 3，且内圈内径与厚度之比大于15: 1 且小端厚度&8 mm 时，内圈内径小端处出现的锥度可通过车加工进行尺寸补偿，形成反锥形来消除。
2) 热处理过程中淬火模具的改进可进一步消除薄壁内圈的变形。
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