汽车半轴热处理工艺

_________________________________________________________________________________________________________ _____ 40Cr40Cr 钢汽车半轴的热处理工艺钢汽车半轴的热处理工艺 *** （中国矿业大学材料科学与工程学院江苏徐州221116） 摘要摘要: 制定40Cr 钢退火、正火、淬火、回火、调质热处理工 艺, 测定在各种热处理情况下试样的硬度和冲击韧性, 并进行 材料的金相组织分析, 得出了40Cr 钢调质处理具有良好综合 性能的结论。 关键词关键词：汽车半轴；热处理工艺；金相组织；性能 1 1 引言引言 汽车半轴是汽车的重要部件之一, 要求具有合理的最佳的静 扭强度和抗扭转疲劳性能. 是在汽车运行中承受自重和货物重量, 并传递扭矩的重要零件,常采用 40Cr 钢制造, 其产品质量直接影 响着整车的性能。 40Cr 钢属于亚共析钢, 缓冷至室温后的显微组织为铁素体加 珠光体, 含有较少的合金元素, 属于低淬透性合金调质钢, 经适当 精品资料 _________________________________________________________________________________________________________ _____ 热处理后具有较高的强度、 良好的塑性和韧性, 即具有良好的综合 力学性能, 常用于制造汽车的连杆、螺栓、传动轴及机床主轴等机 械零件。 2 2 分析分析 汽车半轴的加工工艺流程如下：半轴材料采购→下料→花键加 热→锻造镦花键成形→另一端加热→锻造预镦制坯→加热→半轴盘 端摆辗成形→淬火→回火→校直→抛丸→铣端面钻中心孔→校正→粗 车半轴法兰盘外端面和花键外圆→粗车法兰盘内端面和外圆→精车 法兰端和花键外圆→铣花键→清洗→中频淬火→回火→校正→无损检 测→钻半轴法兰盘孔→磨半轴法兰轴颈→精车半轴法兰内端面→抛 光→清洗→打标→包装。 对于 40Cr 的热处理，采用预备热处理和最终热处理。调质钢 经热加工后, 必须经过预备热处理来降低硬度, 便于切削加工, 消 除热加工时造成的组织缺陷,细化晶粒, 改善组织, 为最终热处理 做好准备。对于40Cr 钢而言, 可进行正火或退火处理。调质钢的 最终热处理是淬火加高温回火。一般可以采用较慢的冷却速度淬 火, 可以用油淬以避免热处理缺陷。当强度较高时, 采用较低的回 火温度, 反之选用较高的回火温度。 精品资料 _________________________________________________________________________________________________________ _____ 铁碳合金相图铁碳合金相图 40Cr 的化学成分及临界温度见表 1 从铁碳合金相图可以看出： 40Cr钢属于亚共析钢, 在缓慢冷却 到室温后的组织为铁素体和珠光体。 从钢的分类来看, 40Cr钢属于 调质钢, 具有很高的强度及良好的塑性和韧性,也就是有良好的机 械性能。40Cr钢主要应用于制造业，特别是机械类制造的材料。 表1所示的是40Cr 的化学成分及临界温度。40Cr钢的热处理，各 精品资料 _________________________________________________________________________________________________________ _____ 种参数都有规定，在实际操作中应注意： （1）40Cr 工件淬火后应采用油冷，40Cr 钢的淬透性较好， 在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小，操作者要凭 经验严格掌握入水、出水的温度。 （2）40Cr 工件调质后硬度仍然偏高，第二次回火温度就要 增加，不然，硬度降低困难。 （3）40Cr 工件高温回火后，形状复杂的在油中冷却，简单 的在水中冷却，目的是避免第二类回火脆性的影响。回火快冷后 的工件，必要时再施以消除应力处理。 本文根据对40Cr 钢分别采用退火、正火、淬火、不同的回火 温度情况下的热处理, 测定不同情况下试样的硬度与冲击韧性值。 3 3 热处理工艺参数的选择热处理工艺参数的选择 对40Cr钢分别采用退火、正火、淬火、不同的回火温度情况 下的热处理, 测定不同情况下试样的硬度与硬度值。 制定了调质热 处理工艺参数，如表2 所示。 精品资料 _________________________________________________________________________________________________________ _____ 表表2 40Cr2 40Cr 调质热处理工艺参数调质热处理工艺参数 4 4 热处理工艺的制定热处理工艺的制定 4.1退火工艺的制定 图1 为退火及正火工艺曲线图。加热温度: Ac3+(30～50)℃， 由此确定加热温度为850℃; 保温时间:120min; 冷却方式: 随炉 冷却。 图图1退火及正火工艺曲线图退火及正火工艺曲线图 4.2 正火工艺的制定 精品资料 _________________________________________________________________________________________________________ _____ 加热温度: Ac3+(30～50)℃,由此确定加热温度为850℃; 保温时间:120min; 冷却方式:空冷。 4.3 淬火工艺的制定 图2 为淬火工艺曲线图。加热温度: Ac3+(30～50)℃,由此 确定加热温度为850℃; 保温时间:80min;冷却方式: 油冷。 图图2淬火工艺曲线图淬火工艺曲线图 4.4 回火工艺的制定 亚共析钢的低温回火温度为150℃～300℃,但钢材的第一类 回火脆性温度在250℃～400℃,由于40Cr中含有硅、锰、铬等合金 元素, 第一类回火脆性温度将有所增高,所以选用低温回火温度为 240℃;保温时间为60min;采用空冷。中温回火温度350℃～500℃, 选用温度为460℃;保温时间为50min;空冷。高温回火温度为 500℃～650℃,可选用加热温度为620℃;保温时间60min;空冷。 5 5 40Cr40Cr热处理冲击韧性与硬度热处理冲击韧性与硬度 精品资料 _________________________________________________________________________________________________________ _____ 为了检测各组试样在热处理后的硬度, 对退火和正火的试样 进行布氏硬度的检测，对淬火后低温回火、中温回火和高温回火 的试样进行洛氏硬度的检测，对调质处理与油淬后的试样进行冲 击韧性检测。其结论如表3 - 表5 所示。 6 6 40Cr40Cr热处理后的金相组织分析热处理后的金相组织分析 6.1 正火热处理 正火是加热、保温后在空气中冷却, 其冷却速度比炉冷快, 珠 光体转变温