GCr15钢环规热处理工艺的探讨

卢志国，卢莉蓉

（山西长治轴承集团有限公司，山西长治　046000）

　　图1为某公司开发的环规新产品，材料为GCr15钢，主要化学成分（质量分数，%）为0.95～1.05C、0.15～0.35Si、0.20～0.40Mn、≤0.027P、≤0.020S、1.30～1.65Cr，环规粗车完毕后，留下适当留量进行淬火。产品技术要求淬火有效厚度为42mm，淬火、回火后硬度在58～60HRC内，椭圆度≤0.15mm，挠曲度≤0.15mm。为了满足产品技术要求，在不增加新设备的加工条件下，进行试验并确定了生产工艺。

图1 环规简图

　　1　实际生产现状与存在的问题

　　以往的生产过程中，GCr15钢零件热处理有效厚度一般都在16mm以内，超出16mm时，则必须在淬火油中添加添加剂，但超出28mm的则没有生产过，因此质量无法保证。常规生产φ300～φ400mm的套圈时，椭圆度<0.50mm，翘曲度<0.45mm，整形采用回火后用顶丝顶，反复多次定形后在油中稳定回火。该环规热处理后要求硬度和畸变均较常规套圈严格，而且内径带螺纹，无法采用顶丝的方法进行整形。

　　2　生产试验

　　（1）提高淬火温度　根据文献^[1]所推荐的当套圈壁厚18～25mm时，可采用870～885℃的加热温度的原则，制定工艺为800℃加热1h后，再870℃均温，经充分保温后，在已加入添加剂的N32油中冷却，冷却时零件在旋转机上，一边旋转一边冷却。淬火后部分零件硬度能达到60HRC，有的零件达不到，甚至在同一零件上硬度分布不均匀，而且畸变严重，淬火后椭圆和翘曲变形均在1mm左右，离产品的要求相差太远。但在试验过程中，找到了解决翘曲的途径：淬火后回火时，将环规摞起来平放在170℃油中回火，利用零件的自重使翘曲度得到改善。

　　（2）改变淬火冷却液　借鉴公司热处理Z厚的轴承零件（有效厚度在28mm左右）的经验，将淬火冷却液更换为220℃的50wt%KNO₃+50wt%NaON₂盐浴，冷却过程中采用手动摇摆。淬火后硬度只能达到57～58HRC。

　　（3）冷却方式　从以上两种工艺方案看，单从加热温度考虑是否加热到完全奥氏体化是不够的，加入盐浴冷却工艺仍未得到满意的效果。因此，采用800℃加热1h后，再870℃均温，在奥氏体均匀化的前提下，按有效厚度保温一定时间，先在盐浴中冷却（盐浴成分同前）冷却25min后，估计这时整个零件内外已经冷却至Ms点以下，同时内部热量不可能反弹到零件表面，将零件从盐浴中取出转入到已加热到约70℃的水中进一步冷却，冷却时间掌握在10～15min，冷却过程中采用手动摇摆，使尚未转变的奥氏体直接转变为马氏体，这一转变过程使原有的在盐浴中转变的下贝氏体，加上这部分在水中转变成马氏体，使零件硬度大大增加，硬度均在60～61HRC的合格范围，然后在专用夹具上平放夹紧，在170℃油中回火。采用该工艺后，产品无论椭圆度还是翘曲度均符合用户的要求。

　　3　生产工艺及效果

　　经过反复试验后，确定了环规生产流程：酒精硼酸清洗→800℃加热→870℃均温并保温→盐浴冷却25min→70℃水中冷却15min→夹紧平放在170℃油中回火4h→出炉冷至室温。采用分段加热，以得到均匀加热以减少直接升温带来的应力，增加畸变的可能性。采用分段冷却（盐浴冷却+水冷却），通过特定冷却方式使有效厚度42mm厚的零件，主要组织组成为下贝氏+马氏体，硬度能达到60HRC以上，且已在下贝氏体冷却过程中大大减少了热应力和组织应力带来的变形，使淬火后的畸变量控制到了Z佳程度。采用该工艺处理环规后，通过3年的使用，用户未反馈热处理方面的质量问题，也没有尺寸变化的现象。

　　参考文献：

　　[1]樊东黎.热处理工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2004：604.

来源：《金属热处理》