20CrMnTi输出轴热处理形变超差原因分析

GXF360 2019-11-08

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我公司摆线液压马达输出轴材料主要为20CrMnTi，热处理工艺为渗碳直接淬火+低温回火，工艺如图1所示。近期公司生产的BM4输出轴热处理变形超差，外圆磨削余量不够，导致批量报废，造成重大经济损失，现对该批次材料输出轴变形原因进行分析。该型输出轴工艺路线为：下料→冷挤压→车削→铣削→热处理→清洗→磨削→成检。

从图2中可以看出，中部地区绿色矿山试点最多，占总量的34%，其次是西部地区，占总量的33%。虽然西部地区总体数量不少，但考虑到西部地区矿产资源富集程度和开发潜力，这一比例并不算高，其中资源禀赋较好的青海、贵州、西藏等地，绿色矿山试点明显偏少，存在区域结构不协调的现象。

1.试验过程与结果

（1）尺寸检查输出轴外形如图2所示，热处理前外圆相对两顶尖圆跳动要求≤0.05mm，热处理后外圆相对两顶尖圆跳动要求≤0.20mm。取20根A批次BM4输出轴，编号A1-A20与20根B批次BM4输出轴，编号B1-B20分散装入同炉中，热处理前及热处理后通过偏摆仪分别测量输出轴外圆相对两顶尖圆跳动，结果如表1、表2所示。A批次输出轴变形量较大且不稳定，有11根轴的变形量超过0.15mm；B批次输出轴变形量较小且稳定，变形量均小于0.15mm。

影片的配乐悬疑却又荒诞滑稽。让人不禁想起施隆多夫的《铁皮鼓》开头类似弹簧的声音。与影片无缝贴合，让观众在揣揣不安中置身事外却又想参与其中。今村昌平影片中的女演员重在表现性和本能，他要求让观众看到就觉得生命力旺盛，荷尔蒙旺盛。这让人感受到了与小津调一种巨大的反差。今村昌平既有传承又突破了传统束缚，凭借着先锋反叛的风格在日本电影史上独树一帜。日本民族文化就好像一滴水珠，今村昌平就好像一个显微镜，带领后来学者们通过显微镜看见水珠中包罗万象的微生物。不惜展现日本民族在过去，现在的种种创痛与阴暗之处。也是对整个人文社会具有相当的普适性的。

（2）化学成分分析分别对A批次输出轴和B批次输出轴原材料化学成分进行分析。检测结果如表3所示，化学成分符合要求，且两批次化学成分差别不大。

（3）硬度检测该零件技术要求：表面硬度55～63HRC，心部硬度：32～47HRC，有效硬化层深度为0.6～0.9mm。A批次输出轴：表面硬度59～60HRC，心部硬度：35～41HRC，有效硬化层深度为0.81mm；B批次输出轴：表面硬度59～60.5HRC，心部硬度：40～41HRC，有效硬化层深度为0.82mm；均符合技术要求。

（4）金相检测该零件热处理金相组织要求：表层回火马氏体≤5级，残留奥氏体≤3级，碳化物≤3级；经检测A、B两批次输出轴金相组织均为：回火马氏体4级，残留奥氏体2级，碳化物1级，均符合技术要求。

为推进海原县职业中学信息化教学工作的进一步发展，让计算机教师对信息化的普及研究走向深入，促进课堂教学方式的不断创新，推进学校信息化教学资源有效应用对学校发展和学校教学质量提高的重要意义，增强工作的责任心、紧迫感和使命感，不断学习先进的教育理念，转变传统的观念，把优质的教育资源，科学的教育方法，应用到教育教学实践中来，提高我校基础教育的质量和效益，使信息化教育资源应用成为老师们的自觉行动。[1]

图1 热处理工艺路线

图2 输出轴外形示意

表1 A批次输出轴尺寸检查

编号圆跳动（热前）/mm圆跳动（热后）/mm变化量/mm A1 0.02 0.06 0.04 A2 0.04 0.09 0.05 A3 0.04 0.25 0.21 A4 0.03 0.31 0.28 A5 0.05 0.30 0.25 A6 0.04 0.19 0.15 A7 0.02 0.21 0.19 A8 0.05 0.15 0.10 A9 0.03 0.11 0.08 A10 0.04 0.12 0.08 A11 0.03 0.06 0.03 A12 0.05 0.31 0.26 A13 0.05 0.11 0.06 A14 0.03 0.22 0.19 A15 0.01 0.14 0.13 A16 0.02 0.08 0.06 A17 0.04 0.27 0.23 A18 0.03 0.34 0.31 A19 0.03 0.25 0.22 A20 0.05 0.37 0.32

表2 B批次输出轴尺寸检查

编号圆跳动（热前）/mm圆跳动（热后）/mm变化量/mm B1 0.03 0.11 0.08 B2 0.05 0.06 0.01 B3 0.04 0.10 0.06 B4 0.04 0.12 0.08 B5 0.04 0.12 0.08 B6 0.08 0.11 0.03 B7 0.04 0.06 0.02 B8 0.02 0.05 0.03 B9 0.05 0.08 0.03 B10 0.05 0.13 0.08 B11 0.04 0.06 0.02 B12 0.05 0.11 0.06 B13 0.05 0.10 0.05 B14 0.03 0.11 0.08 B15 0.02 0.11 0.09 B16 0.03 0.12 0.09 B17 0.04 0.10 0.06 B18 0.04 0.09 0.05 B19 0.04 0.12 0.08 B20 0.03 0.05 0.02

表3 化学成分（质量分数）检测结果（%）

编号 C Si Mn P S Cr Ni Cu Ti A 0.18 0.23 1.04 0.015 0.003 1.19 0.02 0.03 0.07 B 0.19 0.24 1.03 0.016 0.003 1.21 0.025 0.03 0.06标准 0.17~0.23 0.17~0.37 0.80~1.10≤0.035≤0.035 1.00~1.30≤0.030≤0.030 0.04~0.10

原材料金相组织检查，从图3可以看出，A批次输出轴带状组织4级，属于严重的带状偏析；从图4可以看出，B批次输出轴带状组织2级，带状组织轻微。

图3 A批次输出轴显微组织（100×）

图4 B批次输出轴显微组织（100×）

2.分析与讨论

根据以上检验结果，该20CrMnTi材料BM4输出轴A、B批次热处理后金相组织基本一致，原材料化学成分差距不大，均符合技术要求，但是热处理后变形量差别较大，通过检测发现原材料带状组织级别不同，严重的带状组织会导致热处理形变过大且心部硬度不均匀，出现低点，这是由于该种带状组织本质是一种成分偏析，局部含碳量及合金元素分布不均匀，造成淬火硬度分布不均匀，并使钢在淬火过程中产生应力集中，加剧了热处理过程中的变形，最终导致产品零件因热处理形变而批量报废。成分偏析引起的带状组织很难用热处理的方法加以消除，一般只能进行高温扩散退火后正火并高温回火来减轻，因此需对20CrMnTi原材料的带状组织级别做出要求，带状组织≤2级作为验收标准。