细长空心零件真空热处理

在产品开发试制阶段时,常常遇到关键零件加工问题。尤其是对于属形状较复杂的零件,热处理变形规律难以掌控。采用精加工成型后进行盐浴热处理工艺方法,热处理后就会发现零件扭曲变形,直线度超差,孔内残留盐渍严重,无法清理。人工校正时易碎裂,磨削加工后也无法满足产品设计要求,此类工件加工工艺问题会直接影响产品研制开发进程。

以一种薄壁空心零件为例,我们可以看到相对传统的盐浴热处理,真空热处理更适合处理此类复杂结构易变形的零件。

该零件是外形细长的薄壁管件,外径φ19°,内径φ13,总长度在188,管体部截面呈不对称扁圆形,管心部开阶梯孔,致辞使管壁厚薄变化大;两端多孔构型,如果火后加工非常困难,所以内孔必须在火前精加工成型,这种结构复杂、外型不对称的纤细薄壁管状零件势必造成热处理弯曲变形,直线度超差严重,校正极其困难,校正碎裂问题突出等工艺难题。

该类精加工成型件以往采用盐浴炉加热淬火热处理工艺方案,不仅残存于工件孔隙和盲孔中的盐渍对精加工成型零件造成腐蚀,后序表面处理困难熔盐由零件带出量大,辅助材料费用过多;生产现场工人作业环境污染大,劳动强度高,而且,由于其控制柜采用接触器控温,炉温波动较大,工件保温温度起伏明显,淬火硬度均匀性不佳。加热淬火中瞬间热应力和组织应力的综合作用大于钢的屈服强度时,就会产生畸变;当两种应力的综合作用超过钢的抗拉强度时,则引起工件开裂。

工艺设计过程

根据以上分析,进行机加工艺和热处理工艺设计。

把零件机加部分分为两部加工∶由于内部孔太深,而且孔太小,前端孔只有φ1.9,零件淬火后很难加工完成,所以先把零件的内孔加工到位,热处理后再进行火后加工外形,这样可以尽量减小因外部形状不规则引起的零件热处理变形。

把盐浴热处理改为真空热处理,采用双室真空淬火炉替代盐浴炉,能减少残盐随工件带出降低熔盐浪费,还能防止熔盐粘附在工件缝隙和盲孔中对工件造成腐蚀。工件入、出炉自动化运送,工人劳动强度降低,生产效率显著提高;双室真空炉控制柜上安装了可存储多段控温的工艺控温曲线,工艺一致性好,人为设定温度误差得以有效消除,工件热处理硬度更均匀,工件由于人为操作造成的淬火变形明显改善。

为防止工件热处理变形,对火机加成型后零件不直接进行最终热处理,而是先采用箱式热处理炉进行去应力退火,再入真空炉采用吊挂方式加热与淬火,在工件加热淬火过程中,设计加工阶梯芯轴式夹紧支撑辅具,从而控制细长空心零件热处理变形问题。

工艺流程:

先将该工件进行550±10℃去应力退火,能进一步消除工件火前加工应力;在最终热处理时,针对常规盐浴炉人工操作,接触器控温波动大导致工件加热淬火硬度均匀性较差,工件热应力和组织应力综合作用导到淬火变形大的问题,采用双室真空淬火炉,工件在真空中加热辐射传热,可采用多段预热,长时间保温。

选取了对工件采用四台阶多段式加热工艺曲线,在淬火升温时设定在650℃保温预热,在工件回火时通过试验与检测,推选用350℃中温回火,保证回火后基体多相组织为回火屈氏体,从而有效降低热处理畸变与脆裂倾向。

采用真空淬火油取代原普通淬火油作为该工件的冷却介质,工件淬火硬度更均匀,表面达到光亮无氧化,保证细长空心件热处理直线度要求。

工艺曲线如下:

结论

该系列细长空心零件采用新的工艺方法后,通过几批该类零件冷、热加工验证,效果明显提高,能够满足零件精度要求。解决了细长薄壁不对称管的加工难题,保证产品研发进度。

该类工件新加工工艺的应用,细长空心管类工件内孔采用火前加工成型,热处理采用辅具夹紧支撑的吊挂式高真空热处理,火后再精加工外型的工艺创新,达到了工件无需校正,能保证热处理后圆柱度<0.5,而且能保证火后精加工圆柱度<0.1。

采用真空加热淬火新工艺取代盐浴炉加热淬火传统工艺方法,解决了盐浴炉加热淬火接触器控温加热温度起伏波动大的问题。盐浴炉控温采用接触器,其控温精度仅能满足±10℃工艺要求.双室真空淬火炉智能控温仪采用了PID控温,能达到±5℃温控精度,保证细长空心件淬火温度更均匀。在工艺试验过程中,通过趟试调整工艺参数,设定了四段式多台阶加热保温,840℃适宜加热温度,工件加热温度更均匀,炉温均匀性更好,使热处理变形问题得到改解决善,良好解决了热处理畸变与校正脆断问题。

细长空心零件热处理采用双室真空淬火炉取代盐浴加热炉,根本解决了盐渍残留于工件盲孔及缝隙腐蚀工件的问题;实现了高真空无氧化淬火,降低了后序表面处理费用,达到了提质增效的目标。

设备选择:双室真空淬火炉为工件光亮淬火提供了保证,该双室真空淬火炉,具有真空加热室与真空淬火室,淬火保证工件在高温加热与出炉淬火过程都在全封闭高真空下连续进行,极限真空度4×10-1Pa,采用真空淬火油淬火冷却,保证工件能达到无氧化光亮淬火要求。

SIMUWU公司生产的VOGQ系列真空热处理炉是进行工模具真空热处理工艺的优质产品,良好的温控精度和温控均匀性确保了真空热处理过程的有效进行。SIMUWU公司专注于真空炉的制造,拥有十多年的相关经验,在真空炉制造领域具有良好的口碑。产品线包括真空气淬炉,真空油淬炉,真空钎焊炉等,广销各发达国家与发展中国家。