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新产品开发中的材料选择与热处理工艺确定

时间:2017-11-01? 来源:青岛丰东热处理 ?编辑:青岛丰东热处理 点击: 次
1.新产品开发注意事项
作为热处理行业工程技术人员,尤其是在企业工作的热处理技术人员,惯常的本职工作就是按照客户要求,制订合理的热处理工艺,实现技术文件(图样)技术要求。但是,产品的生产制造是一个系统工程,尤其是新产品开发,在其从无到有,从图样设计到成品应用的过程中,各个环节必须要相互配合,彼此协调,最终实现产品的使用功能,如果各自为营,各管一段,往往难以达到新产品设计目标,生产出低端产品。
热处理技术作为产品的“内科医生”,应该放大视角,瞻前顾后,所谓“瞻前”,就是关
注产品选材,关注产品的生长基因;“顾后”就是对走出热处理工序的产品继续关注,关注其热后工序,甚至其装配、服役情况,承载能力及使用寿命问题等。
2.新产品技术要求苛刻
下面通过一件实例,来反映材料及热处理技术在新产品开发中的作用和影响。
2016年技术部门接到客户某新产品的技术文件,产品结构如图1所示。
产品结构
图样技术要求中规定了材料,即AISI 4140(相当于国产42CrMo)以及“具体”的热处理工艺,即调质+感应淬火:加热到845℃并保温1h→油淬后检测,淬火态硬度58-62HRC→300℃回火时间1h→冷却至室温,硬度40-45HRC,一次性感应淬火→180℃回火1h→冷却至室温检测→表面硬度58-62HRC,心部硬度40— 45HRC→有效硬化层深度0.4-0.8mm。
看到图样及其技术要求后,大家非常为难。在机械行业里,4140钢是典型的轴件材料,与感应淬火强化工艺也是常用搭配,所以上述技术要求的初衷没有问题。但问题在于该技术要求过细,既规定了结果,又规定了过程;某些要求不合理,结果难以实现。例如:40-45HRC的调质硬度,后面的机加工(刀具)怎么承受?0.4 - 0.8mm的硬化层深度,感应热处理怎么保证?整个轴件一次性感应淬火,尤其是端部内花键,如何实现?如此复杂的外形、结构,对应的感应器(圈)制作也有很大难度。
对此,大家经过谨慎考虑、权衡,并与客户协商,对该零件的原设计做出修改:材料改为SAE8620H;热处理改为渗碳淬火。
3.技术要求修改后实施
修正后的产品生产流程为:锻造→等温正→粗车、精车→插内花键→铣孔、攻螺纹孔→渗碳淬火(螺纹防渗)→抛丸→研磨中心孔、校直→检验→镗孔、磨外圆→磁粉检测→终检。
制订渗碳淬火工艺(见图2)及技术要求:表面硬度≥660HV,有效硬化层为0.50 -
0.90mm(含外圆磨量);心部硬度为35-45HRC;表层组织要求齿角碳化物1-3级,齿面马氏体要求1-5级,残留奥氏体1-5级;非马氏体层≤0.02mm。
热处理工艺
在图3所示检测位置进行硬度和金相组织的检测,检测结果:表面硬度为73IHV,有效硬化层深度是0.83mm(513HV),已考虑磨量在内;心部硬度是38HRC、39HRC(花键);表层组织是碳化物2级,马氏体及残留奥氏体3级;心部组织是低碳马氏体加少量贝氏体;非马氏体层厚0.012mm。
硬度及金相组织检测位置
在外在质量方面,由于在热处理装炉方式及工艺参数设置方面的充分考虑,校直方面:首批次30件产品中,最大弯曲变形量为0.18mm;塞规检验内花键,变形状态良好。
在齿轮产品三大强化工艺中,渗碳淬火后在具有较高表面硬度、良好的耐磨性和疲劳强度的同时,保持心部低碳钢淬火后的冲击韧度,其良好的强韧性匹配,以及在抗弯、抗扭、抗冲击载荷方面的优越性,都比感应淬火略胜一筹。
目前,首批产品作为样件,已经在国外完成装机合架试验,即将开始批量生产。
4.结语
上述实例以及多年工作经验表明,在新产品开发,甚至在既有产品制造过程中,热处理技术人员可以有更多的作为,有热处理技术人员参与的产品设计及制造,会使工艺流程、制造成本更为合理,最终获得更可靠、更完美的产品。
青岛丰东热处理提供热处理服务,可为客户提供化学热处理(渗碳、渗氮、碳氮共渗)、真空热处理、等离子热处理(离子渗氮)、常规热处理(含深冷处理)等四大领域的热处理加工服务。欢迎新老客户来电咨询,电话:4006577217。
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