CN115976316A - 一种薄壁高硬度金属产品热处理变形控制方法 - Google Patents

Abstract

一种薄壁高硬度金属产品热处理变形控制方法。步骤：S1变形阴球切碳，将变形阴球非碳氮共渗球面进行切碳处理，通过切碳将阴球非工作表面高含碳量车削掉；S2阴球跳动量检测,将碳氮共渗后阴球进行球面跳动量检测，并标出变形位置及变形量；S3阴球校形，使用校形工装将阴球变形位置进行反压；S4阴球约束，将反压阴球进行拉杆约束，保证工装拆卸后应力方向；S5阴球退火，将约束后阴球进行真空退火，消除焊接及校形应力；S6阴球淬火，将约束工件进行整体淬火；S7约束清理，将约束拉杆进行切割，打磨焊接位置，不影响后续车削。本发明适用于不同规格的薄壁零件约束淬火，装置简单，适用性广，产品加工高效率明显提升。

Description

一种薄壁高硬度金属产品热处理变形控制方法

技术领域

本发明涉及金属产品热处理技术领域，尤其涉及一种薄壁高硬度金属产品热处理变形控制方法。

背景技术

固体火箭发动机是我国国防的高端核心装备，在武器装备中具有重要战略地位。固体火箭发动机以其维护简便、可靠性高、反应快速等优势，已成为战略投送、快速进入空间、区域拒止与精确打击等武器装备的最佳动力源。其中珠承喷管作为发动机的一个重要部件，在发动机工作过程中通过喷管实施推力大小和方向的调节与控制。

珠承喷管制造技术中有一个关键核心配套件阴球，承担着喷管工作时的控制与承力，根据发动机工作时的苛刻环境要求，珠承喷管配套件阴球需要表面具备高硬度、高耐磨性以及心部韧性好的性能，而目前现有金属材料制品的自身性能无法满足发动机的工作需求，因此，需对阴球产品通过化学热处理手段进行零件表面改性处理，达到高硬度、高耐磨性的特殊使用要求。由于阴球产品存在壁厚较薄、结构复杂等特性，在热处理过程极易产生变形，导致产品报废。

珠承喷管配套件阴球成型工艺流程为：粗车-热处理-精车球面，其中热处理为碳氮共渗、淬回火。目前珠承喷管配套件阴球采用普通设备、传统方法进行热处理，热处理变形量较大。采用现有技术经碳氮共渗后阴球球面跳动量达(0.5-1.0)mm，变形较大；其次，阴球碳氮共渗后需进行淬回火工序，由于阴球初始跳动量下应力分布不均匀，淬火过程阴球会在原有跳动量的基础上进行扩张，最终淬回火后阴球跳动量最大可达(1.0-1.5)mm。由于碳氮共渗产品球面车削量≥1.Omm后，球面硬度呈明显下降趋势，因此球面预留车削量应控制在0.70mm左右，才能满足阴球最终车削后球面高硬度、高耐磨要求。再者，产品变形较大后，产品在车削后，阴球局部无法车削见光，无法满足产品使用要求。经统计，采用现有热处理方法，阴球合格率不到50％，产品合格率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明提供一种薄壁高硬度金属产品热处理变形控制方法，以解决以往薄壁阴球经碳氮共渗后变形较大、淬回火后尺寸超差等问题。

为解决技术问题本发明采用的技术方案

一种薄壁高硬度金属产品热处理变形控制方法，具体步骤如下：

S1：变形阴球切碳，将变形阴球非碳氮共渗球面进行切碳处理，通过切碳将阴球非工作表面高含碳量车削掉；

S2：阴球跳动量检测，将S1制得的阴球放入车床固定，通过百分表对阴球内表面进行跳动量检测，并标出变形量最大位置及变形量；

S3：阴球校形，将校形工装装夹于阴球外径位置，将压紧螺杆对应阴球变形最大点，测量阴球外形面初始尺寸，通过施加杠杆将阴球变形位置进行反压，改变原始力方向，并测量校形后阴球外尺寸；

S4：阴球约束，用两根低碳钢拉杆将反压阴球进行焊接约束，将拉杆分别焊接在阴球开口端；

S5：阴球退火，将约束后阴球进行及时安排真空退火，消除焊接及校形应力，防止静置过程，应力释放将焊点崩开；

S6：阴球淬火，将约束阴球涂刷防渗碳氮涂料后进行二次加热淬火；

S7：约束清理，将约束拉杆进行切割，并打磨焊接位置，圆滑过渡，不影响后续车削。

进一步地，所述S4的焊接拉杆分别位于校形工装两侧(15-30)mm处。

进一步地，所述S6的具体步骤为：

S61：碳氮共渗后空冷；

S62：空冷后进行二次加热保温；

S63：保温结束后进行油冷淬火处理。

一种薄壁高硬度金属产品热处理变形控制方法所用到的阴球较形工装，包括：压紧螺杆1、顶头3及弓形法兰2，所述顶头3通过压紧螺杆1固定在弓形法兰2的两头部。

进一步地，所述校形工装淬火硬度为HRC(38-42)。

本发明获得的技术效果

本发明可实现常规热处理无法解决的淬火变形问题；本发明适用于不同规格的薄壁零件约束淬火，装置简单，适用性广；本发明适用于批量零件生产，产品加工高效率明显提升。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1：阴球示意图；

图2：校形工装示意图；

图3：阴球校形示意图；

图4：约束后示意图；

其中：1-压紧螺杆，2-弓形法兰，3-顶头。

具体实施方式

本发明的关键点是根据薄壁碳氮共渗工件的特点，简洁的约束模式，代替难以控制变形的传统热处理方式，同时模压淬火时淬硬性差，并且解决模压淬火生产效率低等问题。本发明利用约束淬火的原理，通过改变工件淬火过程的应力方向，使产品按照预设变形方向进行变形，保证热处理后产品跳动量符合要求。本发明实现薄壁阴球的约束淬火，可有效控制产品的淬火变形问题，热处理后满足产品使用要求。

本发明是通过优化流程、设计工装，控制热处理变形量的技术方案来提升产品合格率，技术方案主要内容如下：

优化热处理流程，将碳氮共渗油冷更改为碳氮共渗后空冷，空冷后进行二次加热保温，保温结束后进行油冷淬火处理，通过该流程优化可细化产品碳氮共渗由于长时间高温状态下造成的晶粒粗大问题，细化淬火前产品晶粒度，通过细化晶粒度使得产品在受到外力发生塑性变形分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小，减少变形；

设计校形工装，校形工装选用弓形法兰式，考虑到碳氮共渗后产品强度较高，为了避免工装受力变形而影响校形效果，将法兰进行淬火后使用，淬火硬度HRC(38-42)。同时在法兰两端开

梯形螺纹孔，通过用杠杆加力带动淬火压紧螺杆，将变形阴球进行校形。

优化校形方法，改变传统校形工装经淬火后出现体积增大或者缩小，从而无法重复使用，生产成本高，利用率差问题，改用拉杆焊接方式，将校形后阴球进行拉杆固定，热处理后将拉杆切割后拉杆可重复使用。解决普通约束淬火工装淬火变形、淬火尺寸改变无法重复使用的问题；保证校形效果；

增加真空退火，碳氮共渗和二次加热前，对校形阴球进行真空退火，通过真空退火消除校形过程约束应力，同时消除焊点应力，避免淬火过程拉杆焊点位置应力太大开裂，失去约束效果；

为使本发明所提出的技术方案的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合图1-图4，对本发明所提出的技术方案的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是所提出的技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明是通过优化流程、设计工装，控制热处理变形量的技术方案来提升产品合格率，热处理约束淬火方案主要包括如下步骤：

步骤1变形阴球切碳，阴球工作面如图1所示为内球面，将变形阴球非碳氮共渗球面进行切碳处理，通过切碳处理可将阴球整体强度降低，便于后续校形。同时通过切碳将阴球非工作表面高含碳量车削掉，使后续淬火后阴球利于后续精加工。

步骤2阴球跳动量检测，将切碳后阴球放入平台或车床固定，通过百分表对阴球内表面进行跳动量检测，并标出变形量最大位置(减表最大点)及变形量。

步骤3阴球校形，将校形工装如图3所示装夹于阴球外径位置，同时将压紧螺杆对应阴球变形最大点，用游标卡尺测量阴球外形面初始尺寸，通过施加杠杆将阴球变形位置进行反压，改变原始应力方向(见图3)，并测量校形后阴球外形尺寸。考虑到束缚后阴球淬火过程应力反方向扩张，因此需保证校形后阴球仍为椭圆状态，具体校形精度控制如下：

阴球初始变形量a	阴球校形压紧量
		0.2≤a≤0.8mm	0-0.2
0.8<a≤1.5	0.3-0.5

步骤4阴球约束，用低碳钢

拉杆将反压阴球进行焊接约束，距离校形工装两侧(15-30)mm处分别焊接两根拉杆，确保焊接接点可靠，将校形工装进行拆卸，确保工装拆卸后校形效果(见图4)。

步骤5阴球退火，将约束后阴球进行及时安排真空退火，消除焊接及校形应力，防止静置过程，应力释放将焊点崩开。

步骤6阴球淬火，将约束阴球涂刷防渗碳涂料后进行二次加热淬火。

步骤7约束清理，将约束拉杆进行切割，并打磨焊接位置，圆滑过渡，不影响后续车削。

本发明也可用于薄壁类工件的常规淬火。本发明已进行实际工艺试验，验证后此方案切实、可行。

通过本次热处理工艺方法改进，可有效解决薄壁阴球热处理变形问题，采用约束淬火方法，解决工件入油时原始应力扩张变形加重问题，减少热处理变形量，满足产品车削要求，提升产品合格率。

Claims (5)

1.一种薄壁高硬度金属产品热处理变形控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1：变形阴球切碳，将变形阴球非碳氮共渗球面进行切碳处理，通过切碳将阴球非工作表面高含碳量车削掉；

S2：阴球跳动量检测，将S1制得的阴球放入车床固定，通过百分表对阴球内表面进行跳动量检测，并标出变形量最大位置及变形量；

S3：阴球校形，将校形工装装夹于阴球外径位置，将压紧螺杆对应阴球变形最大点，测量阴球外形面初始尺寸，通过施加杠杆将阴球变形位置进行反压，改变原始力方向，并测量校形后阴球外尺寸；

S4：阴球约束，用两根低碳钢拉杆将反压阴球进行焊接约束，将拉杆分别焊接在阴球开口端；

S5：阴球退火，将约束后阴球进行及时安排真空退火，消除焊接及校形应力，防止静置过程，应力释放将焊点崩开；

S6：阴球淬火，将约束阴球涂刷防渗碳氮涂料后进行二次加热淬火；

S7：约束清理，将约束拉杆进行切割，并打磨焊接位置，圆滑过渡，不影响后续车削。

2.根据权利要求1所述的薄壁高硬度金属产品热处理变形控制方法，其特征在于，所述S4的焊接拉杆分别位于校形工装两侧(15-30)mm处。

3.根据权利要求1所述的薄壁高硬度金属产品热处理变形控制方法，其特征在于，所述S6的具体步骤为：

S61：碳氮共渗后空冷；

S62：空冷后进行二次加热保温；

S63：保温结束后进行油冷淬火处理。

4.根据权利要求1所述的薄壁高硬度金属产品热处理变形控制方法所使用的的校形工装，其特征在于，包括：压紧螺杆(1)、顶头(3)及弓形法兰(2)，所述顶头(3)通过螺杆(1)固定在弓形法兰(2)的两头部。

5.根据权利要求4所述的薄壁高硬度金属产品热处理变形控制方法，其特征在于：所述校形工装淬火硬度为HRC(38-42)。

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