汽车半轴热处理工艺

1、40Cr 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: 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 ：汽车半轴；热处理工艺；金相组织；性能1 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

2、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 分析汽车半轴的加工工艺流程如下：半轴材料采购一下料一花键 加热T锻造镦花键成形T另一端加热T锻造预镦制坯T加热T半 轴盘端摆辗成形一淬火一回火一校直一抛丸一铣端面钻中心孔T 校正f粗车半轴法兰盘外端面和花键外圆f粗车法兰盘内端面和 外圆f精车法兰端和花键外圆f铣花键f清洗f中频淬火f回火 f校正f无损检测f钻半轴法兰盘孔f磨半轴法兰轴颈f精车半 轴法兰内端面f抛光

3、f清洗f打标f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。铁碳合金相图0.20.8 IA 2+03.04.05.06,67的 F er - 相图%40Cr的化学成分及临界温度见表1表140C的化学成分及临界盂度lift界温FT

4、任）CSICrAdA ciAHAn370.452 0.41,1800刖3730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

5、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热处理工艺参数的选择对4 0Cr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。序号加热方武保温时间冲却方式1俎50弋退火保温120 m r阴炉冷却2祿蛊12011 n空冷350 W：退

6、火尿遍旳n h油冷A2切弋回火保温60 n h空冷5460吃回児探尙50 m n空冷620 r回火保遍60n h空冷表2 40Cr调质热处理工艺参数4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+（3050） C, 由此确定加热温度为850E ;保温时间:120min;冷却方式：随炉 冷却。图1退火及正火工艺曲线图4.2正火工艺的制定加热温度：Ac3+（3050） C,由此确定加热温度为850E ; 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+（3050） C,由此 确定加热温度为850C ;保温时间:

7、80min;冷却方式：油冷。图2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150C300C ,但钢材的第一类 回火脆性温度在250C400C,由于40C冲含有硅、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240E ;保温时间为60min;采用空冷。中温回火温度350E 500r ,选用温度为460C ;保温时间为50min;空冷。高温回火温度 为500r650r ,可选用加热温度为620r ;保温时间60min;空冷5 40Cr热处理冲击韧性与硬度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

8、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。表3 40Cr冲击韧性值试样编号试样热处IE工艺Ak 值 00.9140Cr&501： &淬2（1七回火158240Cr650RC空冷6：表4 40Cr退火、正火的布氏硬度值试样编号试样热址理工艺确度值91140Cr85CK 炉冷却180240Cr202表5 40Cr淬火后回火热处理的洛氏確度值试样编号试屯泊处理工艺礎宜值（HRO凹火温度1聽度值（HflO140(,850：油洋51J620273240C r850：油淬4042.1340tr850%：油洋47,124052出6 40Cr热

9、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 光体转变温度低，因此正火后获得的珠光体比退火后的珠光体更 细一些，并用3%4%硝酸酒精进行腐蚀，得到正火的金相组 织应为铁素体和珠光体组织。作用：正火工艺作为预先热处理工艺，目的是均匀组织、细 化晶粒、改善切削加工工艺性能，为最终调质做好组织准备。40Cr正火后的金相组织示意图如图3所示。图3 40Cr钢正火后的组织（4%硝酸酒精）6.2调制处理调质热处理是淬火加高温回火，其室温组织为回火索氏体。 作用：淬火是为了得到马氏体组织，以便通过回火使工件获 得良好的使用性能。高温回火处理时，针对 40Cr钢回

10、火后慢冷易 产生第二类回火脆性的特点，钢件回火后的冷却方式应选择油冷， 而不是空冷。钢件经油冷后，所产生的热应力小、韧性好。经过 调质处理，工件可获得综合力学性能良好的回火索氏体组织，保 证了钢件的强韧性40Cr钢没有经过热处理的组织为珠光体,并用4%硝酸酒精 进行腐蚀，得到的金相组织为回火索氏体，40Cr调质热处理后的组织示意图如图4所示。图4 40Cr钢调制后的组织7结语通过对不同热处理试样的冲击值、硬度值的检测，得到正火后40Cr试样的硬度值比退火后试样的硬度值稍微偏高,油淬试样的硬度低，同时硬度值低于40Cr调质钢；从金相显微组织来看 正火40Cr钢的组织为铁素体和珠光体，调质热处理40Cr钢的组 织为回火索氏体，因此得出40Cr钢经调质处理后有较高的硬度、强度和比较好的韧性 , 就是具有良好的综合机械性能。参考文献1 翟忠圻. 金属学与热处理 M . 北京: 机械工业出社 ,1995.2 王广生 . 金属热处理缺陷分析及案例 M. 北京: 机械工业 出版社， 2002.3 石德珂 . 材料科学基础 M. 北京: 机械工业出版社， 2002.4 高为国. 机械基础实验 M . 华中科技大学出版社 ,2006.5 傅璞. 40Cr 热处理工艺及其组织性能 J . 机械工程与自 动化,2005 (5) :110 - 114.6 林德成