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六角螺母热处理变形的研究及应用 　　摘 要：文章通过大量的试验研究和生产实践经验的不断积累，运用理论和实践相结合的方法，对严重困扰生产、发交的典型零件――六角螺母进行了工艺试验，经过对淬火介质、工装设计、工艺流程的分析，找出解决此类零件因热处理变形止不住的问题的方法，为新品开发和类似零件提供解决问题的依据。 　　关键词：热处理变形；淬火介质；工装设计；工艺流程 　　中图分类号：TG142.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）02-0048-04 　　热处理变形是当前国内外热处理行业关注的重点课题。热处理工序在机械行业中处于重要地位，它是机械零件综合性能的最终保证，也是零件附加值集中体现的地方。但是由于热处理本身存在的组织转变、加热与冷却，使得零件产生变形等问题变得非常突出。特别是某六角螺母在生产过程中每个批次都有25%左右的光塞规止不住问题，挑选不合格的进行报废或签发，每年报废损失约10多万元，每年的发交量超过300万件，螺母热处理变形的问题严重影响了公司的生产物流和按时发交。根据变形产生的根源，处理好冷加工和热处理的衔接关系，为热处理工序预留合理的变形量，保证零件成品完全合格；节约成本，同时试验数据可以为新品开发提供工艺制定依据；为解决类似问题提供参考。由于热处理后攻丝会使工艺路线增长、物流成本加大、工装成本增加，因此工艺试验采用热处理前进行攻丝，不改变原来工艺路线。零件相关尺寸及要求如下：材料：ML20；工艺路线：冷拔→螺帽（成型、攻丝）→热处理→电镀，半成品光孔尺寸如图1所示。 　　1 热处理变形原因及分析 　　1.1 热处理变形原理 　　在生产实践中，热处理变形的表现形式是多种多样的，但就其来说，可分为内应力造成的应力塑性变形和比容变化引起的体积变形（以下简称比容变形）两大类。 　　钢件热处理过程中加热冷却的不均匀和相变的不等时性等，都会引起内应力的作用，钢件在一定塑性条件的配合下，就会产生内应力塑性变形。内应力塑性变形有很明显的特征： 　　①变形常带有明显的方向性。 　　②内应力塑性变形通常不会改变零件的体积大小，只改变零件的外形结构和形状。 　　③内应力塑性变形的最明显的特征是：零件每经过一次热处理内应力的作用，都要产生一次塑性变形，零件总变形量的大小随内应力作用的次数的增加而增大，这也是内应力塑性变形区别于比容变形的主要标志之一。按应力产生的根源和表现特征的不同，分为热应力塑性变形和组织应力塑性变形。在AC1温度下方加热急冷产生变形，可获得纯热应力变形，而单纯的组织应力变形却是不可能的。组织应力变形与钢的淬透性、零件截面尺寸、钢的Ms点高低、淬火介质及冷却方法有密切的关系。 　　1.2 硬度-冷速曲线的分区及其与淬火变形的关系 　　冷速分区淬火效果如表1所示，在图2划出的第Ⅰ冷速区内淬火，工件可以完全淬硬，但因冷速过快，可能产生淬火变形或淬裂。 　　第Ⅱ冷速区内淬火，冷却速度适当，工件可以充分淬硬。 　　第Ⅲ冷速区内淬火，由于硬度―冷速曲线走势很陡，如图2所示，工件上参与变形部位之间的较小冷速差都会引起相当大的硬度变化，也即转变产物相当大的组织差和比容差。因此，在第Ⅲ冷速区淬火时，可能引起淬火变形的因素既有过程中的，也有最终的。这就是在此区淬火变形大的原因。 　　在第Ⅳ冷速区，即过慢冷速区内淬火，工件上可能参与淬火变形部位获得的冷速很低，各部位间温差小，加上各部位都远未淬硬，最终转变产物也基本相同，故变形小。淬火冷却速度过快和冷却速度不足都可能引起超差变形。其中，冷却速度不足引起的变形量更大。从淬透性和变形的综合考虑，目前的淬火介质无法保证能够在第二区中进行，所以试验采用在第一区，保证零件硬度等技术要求能够满足技术要求。 　　2 工艺试验方法及过程 　　2.1 淬火介质选取 　　工艺试验可供选择淬火介质如下：碱水、JY-820水剂淬火剂、快速淬火油。 　　由于螺母所用的材料为ML20钢，属于低碳钢的范畴，因有可能析出先共析铁素体，且它的过冷奥氏体最易发生珠光体转变的温度（即所谓鼻尖位置的温度）较高，马氏体起点（Ms）也较高，为了使这类钢制的工件充分淬硬，所用的淬火介质应当有较短的蒸汽膜阶段并且出现最高冷速的温度应当较高，本身这种材料淬透性较差，要求的冷却速度快，同时，因随着淬透性的提高，钢的“C”曲线会向右下方移动，所以对淬透性差的钢，要求介质出现最高冷却速度的温度高些，综合以上各种分析，及该零件的性能要求、几何尺寸，排除快速淬火油，本次试验主要采用淬火介质为JY-820水剂淬火液和碱水。 　　2.2 淬火介质实验结果对比 　　①淬火介质JY-820水剂淬火液、浓度2.7%，温度35 ℃。热处理工艺：温度880 ℃，时间80 min，淬火