精密机床导轨尺寸为30mm x 30mm x600mm,导轨材料为20Cr低合金渗碳钢。工件表面承受高硬度滚珠及拖板、支架负荷应力及摩擦磨损作用,要求导轨作面具有高强度、高硬度和良好的耐磨性和变形微小、尺寸稳定性好。因而导轨采用高频淬火设备淬火处理。导轨热处理技术要求:工作表面硬度≥60HRC,全长弯曲变形量≤0.4mm。生产中发现,工件淬火加热,淬入质量分数为5%-10%的NaCl水溶液中冷却,导轨表面产生下凹曲变形,变形量达3mm以上。工件淬火后硬度很高,凹面受很大拉应力作用,采用压力校直工件易发生断裂造成废品。
分析认为,导轨高频淬火设备淬火冷却时,低碳面先发生马氏体转变,使渗碳面出现下凹却,渗碳层发生马氏体转变,体积增大,但低碳面已形成马氏体并且硬化,因而难于变形,只能使原来的渗碳面下凹变形加大。这种变形随淬火温度升高和渗碳面碳含量升高加大,变形加剧。导轨工作面要求硬度在60HRC以上,故采用140-160℃低温加热。加热中,渗碳马氏体转变为加热马氏体并析出碳化物,比体积减小,表面产生收缩,导轨渗碳面下凹变形加大。这是工艺改进应该考虑的。
根据上述分析,提出高频淬火设备淬火前非渗碳面表面点水激冷工艺,以减少 和消除导轨变形,挽救失效产品。具体工艺为,导轨淬火前先将非渗碳面在水中激冷数下后提起,使其受冷收缩,表面下凹,这样渗碳面易呈微凸变形。这时非渗碳面组织由奥氏体+铁素体转变为珠光体+铁素体或索氏体+铁素体。众所周知,珠光体或索氏体比马氏体比体积小很多,因而非渗碳面发生的组织转变体积增大不多,不易造成表面凸起;当工件再次淬入水中,此时只有渗碳面发生马氏体转变,使体积增大和出现表面凸起,这种变形易于校直。生产中,加热温度和点水激冷控制合适,可以使变形十分微小,工件不需校直即满足技术要求。另一方面,工件加热后产生一定变形,为防止加热变形弊病,生产中在高频淬火设备淬火后将导轨渗碳面通过校直使其凸出一定尺寸,加热时产生下凹使其恢复,达到无变形小变形效果,满足了技术要求和生产需要。
20Cr渗碳钢导轨采用上述工艺改进后,生产质量良好,未出现工件变形失效等问题,技术经济效益明显提高。
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