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顾勇
（无锡威孚高科技集团股份有限公司）
燃油喷射系统的产品中有许多重要零件都是采用轴承钢材料进行热处理光亮淬火，以获得较高的硬度，较好的耐磨性。目前我公司轴承钢零件光亮淬火常常是在VKES4/1爱协林箱式多用炉生产线中进行，由于采用了可控气氛保护下淬火，零件淬火后的表面脱碳、硬度不均、软点得到了有效的控制，提高了工件的性能。但零件的畸变往往得不到有效控制，本文阐述了轴承钢零件多用炉热处理光亮淬火时畸变的原因，针对影响因素进行了分析，并提出了减少畸变的措施。
1.淬火畸变原因分析
轴承钢零件在箱式多用炉淬火的动作流程是：零件在加热室中完成加热、保温后，由进出料机构拉至多用炉前室的淬火料台上，料台和零件向下落入淬火油槽，此时油槽中的搅拌风机开始起动，零件在油中淬火冷却后，完成淬火全过程，由加热时的奥氏体组织转变马氏体组织，如图1所示。
由于零件的应力变化较为复杂，畸变机理相当复杂。零件在加热和冷却过程中，截面受热和降温的不同步而形成温度梯度（或称温度场），产生组织应力和热应力（或称内应力场）。应力的叠加常常超过零件的屈服强度，使零件畸变；淬火前机加工产生的残余应力，在加热过程中应力的松弛也能导致零件的畸变；零件设计结构的复杂程度不对称、厚薄不均匀、组织不均匀等，都能引起畸变，无规律淬火畸变的产生过程如图2所示。
常见的畸变有内、外径的增大或缩小以及长度方向的伸长或缩小，也称体积畸变。另外一种畸变是椭圆（直径变动量Vdp、VDp）、翘曲（平面度、跳动）超差以及内外径收缩不一致而产生的锥度（俗称喇叭）。种类型可能通过对零件在淬火前后的尺寸变化规律分析，来调整或补偿淬火前的相关尺寸，使Z终尺寸符合要求。如果调整合适，这类畸变不会影响Z终尺寸。后一种类型比较复杂，不能通过上述方法来得以解决，只能通过热处理后的机加工补充磨削量才能解决，虽然这需要增加成本。
2.影响因素及减少畸变的措施
影响轴承钢零件可控气氛多用炉淬火畸变的原因很多，主要有：零件的结构、尺寸大小、形状、毛坯的原始状态、淬火前的机加工的状态、热处理装夹的摆放方式、加热温度和保温时间、油温、油的冷却性能、循环和搅拌等，下面就热处理相关的主要因素进行说明。
（1）零件的原始状态
零件的原始状态包括两个方面的内容：零件的退火组织的均匀性和应力状态。
轴承钢热前一般采用球化退火的工艺手段，目的就是要改善组织，提高切削性能，为Z终热处理作准备。退火组织的均匀性是指锻造或其它原因会造成零件的退火组织不均匀，如碳化物颗粒大小及分布不均匀，存在片状碳化物等。在淬火过程中，这种不均匀，会造成加热后整个零件的碳含量不均匀，淬火时马氏体转变温度不一致；同时奥氏体向马氏体转变时体积膨胀量不同，宏观上造成零件的畸变，因此，在退火时就应该严格按退火规范操作，退火后的组织应得到碳化物颗粒均匀细小的组织，从而减少畸变。
残余应力状态是指零件的毛坯成型过程中，如果机加工的进刀量过大，或采用冷辗成型，则在成型后零件中就会存在着较大的残余应力，在以后的加热过程中应力的松弛导致零件的畸变。这种应力的变化是复杂的，如：毛坯件采用冲压或线切割加工的长型薄壁钢管，其弯曲变形方向就相反。所以，毛坯成型过程中，需对机加工的进刀量或冷辗成型工艺进行控制，并要固化下来，尽可能减少残余应力，也可在淬火前增加一道工序，及时去应力。
（2）淬火的加热温度和加热时间
采用提高淬火的加热温度和延长加热时间可使奥氏体化的过程中有更多的碳化物溶入到奥氏体中，增加了马氏体与奥氏体的比容差和零件的体积膨胀，从而增大了淬火时的组织应力。淬火前后组织比容变化差和残余奥氏体量的多少与钢的淬透性等因素有关。而这些组织成份很大程度上取决于淬火冷却的工艺，因此，淬火介质的合理选用也是控制比容及变形的重要一环。此外，淬火加热温度也使得淬火热应力增加。组织应力和热应力的增大必将产生大的淬火畸变。如：PW2000的柱塞将淬火温度从845℃提高至860℃淬火时，平均跳动增加0.018mm。有关资料指出：适当缩短淬火保温时间、减少装炉量可减少零件的畸变，所以，在满足硬度和金相组织的前提下，应尽可?采用较低的淬火加热温度、较短的保温时间。
（3）零件的装炉方式及装炉量
零件在奥氏体化加热时，一方面体积受热膨胀，另一方面高温下零件强度低，在自重的作用下也会发生畸变，柱塞和柱塞套的Z佳装炉方式是合理设计工装，将零件分层竖直排放，零件间要留有一定间隔，均匀放竖零件，以便受热均匀，冷却均
