TL4521齿轮锻坯等温正火工艺

TL4521锻造毛坯的预先热处理，不仅对切削加工性能有极大影响，而且对最终热处理变形也有重大影响。为了提高齿坯的可切削性，消除锻造应力，使组织均匀化，通常采用等温正火进行预先热处理。正火是一种传统的工艺，因其设备、工艺要求简单，能耗少，一直被广泛采用。但在生产实际中，渗碳钢锻造毛坯经正火处理后，由于很难控制正火的冷却速度，因此奥氏体分解相变无法控制，必然在–个温度区间内连续进行，因而获得的显微组织和硬度也可能不同。

有些钢件由于冷却速度较大，有可能局部甚至全部获得非平衡组织（ α -Fe魏氏组织、贝氏体等)，这不仅影响切削加工性能，而且也会改变钢件渗碳淬火后的变形规律，会因变形过大而 废。这种情况在淬透性波动较大的钢中更易出现。对于冷却速度较小的钢件，由于钢的硬度过低，切削时易发生塑性变形，形成切削瘤，出现“粘刀”、“烧刀”现象。

一、试验设备及材料1.试验设备

(1）推杆式连续线加热炉型号T-240，该设备加热共分三个区，炉内共分布18个料盘，靠液压油缸来实现进料。工件装在料筐内，由推杆将料筐及工件推入炉内。经实际测温，炉温的均匀性偏差±4℃。工件加热后按工艺方法冷却后入等温炉。等温炉型号为T一165型，等温炉加热共分四个区，炉内共分布10个方形料筐，同样靠液压油缸来实现进料，每个区各有一个风扇，并有风道，以保证等温温度的均匀性。经实际测温，炉温的均匀性偏差为±8℃。

(2）布氏硬度计HB-3000型。

(3）金相显微镜奥林巴斯GX51型。

2试验材料及技术要求

(1）试验材料TL-4521(具体成分见表1）。(2)正火组织技术要求F+P1-4级（标准号)﹔不允许有粒状贝氏体。

(3）硬度要求167~193HBW。

1．试验工艺

等温正火工艺一般为将零件加热到 C3温度以上，保温一定时间，使工件组织完全转变为奥氏体组织后再进行冷却。为获得细化的珠光体，冷却方式一般为强制风冷。为保证零件的硬度散差，风冷时将零件散放 ，以确保零件均匀冷却。待工件冷却至等温温度时，及时入等温炉，以防止粒状贝氏体组织的出现。由于TL—4521为德国大众特有材料，没有任何技术资料,只能借鉴国内的类似材料。

因此将加热温度定为920℃,根据外形尺寸及装载量、装载方式,将加热保温时间和等温保温时间定为4.5h，等温温度定为600℃ .620℃、640℃。冷却过程采用强制风冷（散放)、空冷(散放）和直接入等温炉，冷却时间采用60s、120s、180s。对于以上三个变化的参数采用正交法进行试验。根据试验结果,进行适当的调整,最终找出最佳的工艺参数控制范围，为指导生产提供可靠的数据。部分工艺参数及结果如表2~4所示。

由表2可以看出，采用强制风冷，等温温度为640℃，不同冷却时间后，零件的硬度介于164~242HBW之间，完全超出了167~193HBW的技术要求;同时硬度散差也很大，达到了78HBW。铁素体和珠光体的级别也由3级到6级不等，并有粒状贝氏体组织出现。图1是强制风冷、冷却时间为180s、检测硬度为240HBW的零件的金相照片。由图1可以明显看出组织内部含有粒状贝氏体。产生以上结果的原因主要是，由于在强制风冷的条件下，四周外侧边缘零件冷却速度稍快，居于中间的零件冷却速度稍慢造成的。同时也说明采用强制风冷工艺，冷速过快，达不到所要求的硬度和金相组织。

由表3可以看出，采用空冷，等温温度为640℃ ,不同冷却时间后，零件的硬度介于152~228HBW之间，同样也超出了167~193HBW的技术要求，同时硬度散差达到了76HBW。铁素体和珠光体的级别也由3级到4.5级不等，并有粒状贝氏体组织出现。以上数据与

表2数据相比较可以看出，硬度值有所降低，硬度散差依旧很大。这主要是由于冷却速度降低，造成硬度值降低﹔而四周外侧边缘零件冷却速度与中部零件的冷却速度的差别依旧很大，造成了硬度散差依旧很大。

从以上数据可以看出，问题的关键是如何保证冷却速度和提高各零件的冷却均匀性，这一问题不得到有效的解决，硬度、组织均无法得到有效的控制，也就是因硬度散差值过大，无法通过调整温度和冷却时间来控制产品的质量。这主要是因为，如果将硬度高的零件调整到合格范围内，那么原来的合格件就会硬度过低﹔反之，将硬度低的零件调整到合格范围内，原来合格的零件就会过高。同时由于工艺操作的复杂性也难以保证每一批零件都能获得同样的品质。

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