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控制阀座热处理工艺开发 【摘要】本文以控制阀座热处理工艺开发为契机，阐述18CrNi8材料的热处理特性和热处理与冷加工工艺之间互动的重要性，只有工艺之间的相互配合与考虑才能保证新产品的生产。 关键词：控制阀座 18CrNi8 热处理工艺开发 控制阀座是共轨油泵高压腔中的一个重要零件，主要用于控制柱塞套内进出油，承受流体压力和定向运动作用。由于零件在高压腔内运动，因此零件表面需具备高的耐磨性，心部承受高的抗拉强度。由于产品的性能需求，产品设计时采用了18CrNi8的材料。本文以该零件的热处理工艺开发，来分析18CrNi8的材料的热处理特性。 零件半成品尺寸如图1，材料牌号：18CrNi8，DIN1.5920，零件材料的化学成分见表1。 表1 18CrNi8化学成分（质量分数） （%） 元素 C Cr Ni Mn Si S P DIN规定范围 0.15～0～～0.40～0.15～0.≤0.035 ≤0.035 热处理技术要求：1、渗碳层深0.8~1.1mm，2、淬火、回火硬度58~63HRC 零件加工工艺流程：机加工→热处理→机加工→热处理→机加工 工艺难点分析 通过分析图2a和图2b两张图可以看出，18CrNi8材料在860直接淬火时零件会发生马氏体转变，硬度控制在50HRC左右，说明该材料的淬透性特别好。CrNi渗碳钢在渗碳后零件表面碳浓度升高Ms线下降，在空冷时肯定会发生组织转变，而不是只有铁素体、珠光体和碳化物相的存在。18CrNi8钢含有的合金元素量比较高的合金钢，在渗碳后冷却过程中零件表面不可避免的发生马氏体组织转变，导致零件难以加工。在后续的热处理工艺编制过程中考虑到该问题的存在，并进行解决。 二、热处理工艺方案 通过冷热工艺人员之间的交流，探讨适合冷加工材料的基体需求和工艺难点分析，制定了以下的热处理工艺路线：渗碳→真空退火→机加工→淬火、回火。 1、零件渗碳工艺 控制阀座在北京爱协林4/1可控气氛多用炉渗碳，零件直接装在网盘中，装炉量每炉可以装4000只。设备使用的富化气和载气为：丙烷气、甲醇、氮气。通过氧探头调整控制炉内气氛，以氮气为安全保护气体。零件装炉升温的过程中，必须在750℃以上方可通入富 图2a连续转变图 图2b淬火硬度分布图 气进行渗碳。在渗碳过程中需进行工艺氮气的控制，将会影响到零件的渗碳层深度和表面碳浓度（具体的渗碳工艺参数见渗碳工艺曲线）。通过材料的特性，可以猜想：零件随炉降温到880℃渗碳结束后出炉，零件和夹具在保护气氛中冷却。由于工件冷速过快，零件渗碳层区域进行了马氏体和贝氏体转变，而心部区域冷却慢的部分零件则发生奥氏体向贝氏体和珠光体的组织转变。在渗碳工艺运行结束后，零件和夹具在车间自行空冷到室温后，对零件进行检测。检测内容有：硬度和渗层，具体检测数据见表2。 渗碳工艺曲线 渗碳后硬度检测表 表2 件号 表面硬度（HRC） 心部硬度（HRC） 渗碳层（mm） 1 57.5 58 58 44.8 45.3 45 0.89 2 57 57.5 558 46 45.6 45.8 0.91 3 57.2 57.6 57 47 46.8 46.5 0.86 4 57.4 57.5 57.2 46.5 45.9 46 0.92 5 57 57.5 57.6 44.8 45.3 45.7 0.92 备注：同一个零件上检测3点 　 对零件进行金相分析：通过图3a可以看出零件表面组织是由马氏体、屈氏体和珠光体所组成，因此零件表面硬度达到57HRC以上；通过图3b可以看出心部组织是由片状珠光体和粒状珠光体以及少量铁素体所组成。 图3a 表面组织 图3b 心部组织 2、真空退火工艺 通过以上渗碳后检测零件表面硬度数据可以看出，该硬度范围在切削机加工是比较困难的，通过冷热工艺人员直接的探讨，冷加工工艺人员要求切削时零件硬度小于30HRC。渗碳后应该进行后续的热处理降低零件硬度，便于后续的机加工。考虑到生产成本和生产效率以及零件表面氧化问题，降低硬度的方式有：1）箱式高温回火炉氮气保护回火。由于本公司箱式高温回火炉最高工作温度为640℃,考虑到18CrNi8抗回火性，回火温度需要在640℃以上，因此采用真空退火的方式。2）真空退火，真空退火工艺参数见真空退火工艺曲线。通过真空回火，零件硬度控制在26~28HRC之间，满足零件技术要求，保证了机加工的需要。通过图4a 可以看出零件表面组织为：沿晶界析出碳化物和点状、细颗粒状珠光体；图4b心部组织为：粒状