我公司生产的微型车曲轴锻件，要求进行调质处理。原工艺为普通调质工艺，即锻造空冷后，经过重新加热淬火。由于产品对调质后金相组织和截面硬度高，须采用PAG淬火剂进行淬火，每批次需要先进行小批量试生产，待检验合格后再进行大批量生产，给生产组织造成了困难。同时由于需要进行二次加热淬火，热处理能耗高。为了降低能耗、加快物流和简化工艺，对该曲轴进行了锻造余热淬火工艺开发。

试验材料及方法

锻件和材料

曲轴材料为40CrH（GB/T-），锻件形状、尺寸和检验部位见图1。

图1曲轴锻件简图和检验部位

锻件热处理技术要求：锻件经过调质处理，金相组织：小头第一连杆径内侧距表面11mm处1级～4级（按照GB/T-标准评定），小头第一连杆径内侧距表面4mm处硬度：HBW～HBW。

方法

该锻件原生产工艺流程为：下料→模锻→调质→清理→探伤→入库。原普通调质工艺为：锻件模锻后空冷至室温，然后加热至℃，保温一定时间后在浓度为10％的PAG淬火剂中淬火，然后进行回火，调质处理在连续式调质线进行。

锻造余热淬火工艺流程为：下料→模锻→锻造余热淬火→回火→清理→探伤→入库。锻造余热淬火工艺为：锻件模锻热校正后，立即在快速淬火油中淬火，淬火装置为移动式淬火槽，该淬火槽具有油温冷却系统，采用循环水通过板式换热器对淬火油进行冷却，保证淬火油温度在80℃以下；淬火后的锻件转运到热处理车间进行回火，回火在连续式回火中进行，与普通调质回火采用的设备相同。采用不同温度进行回火。

曲轴经不同工艺调质后按照图1的取样部位进行检验，同时在曲轴的大头取样进行机械性能检验。分别比较锻造余热淬火和普通调质淬火的晶粒度、淬火组织、淬火硬度、回火硬度和机械性能指标。根据比较结果，确定最佳的锻造余热淬火工艺参数。

试验结果

淬火硬度

⑴锻造余热淬火。为了方便生产操作，曲轴锻造余热淬火采用曲轴热校正后不停留直接淬火的方式进行。采用红外测温仪测量了部分曲轴入油前大头的温度。经过统计平均温度为℃，最高温度为℃，最低温度为℃。具体温度分布见图2。

图2曲轴入油前温度

要求曲轴淬火后硬度为HBW～HBW（dB2.6～dB3.3），检验部位在曲轴的大头，余热淬火曲轴的淬火硬度分布如图3所示。

图3曲轴锻造余热淬火后硬度

余热淬火硬度在dB2.65～dB2.85范围，平均值为dB2.74，极差为0.2dB。为了考核淬火后的硬度散差，抽查部分余热淬火后曲轴对应的大头和小头硬度，数据见表1。

表1余热淬火曲轴不同部位淬火硬度（单位：dB）

件号

大头硬度

小头硬度

1

2.7

2.8

2

2.6

2.7

3

2.6

2.75

4

2.65

2.75

⑵普通调质。曲轴在连续式调质线进行普通调质，曲轴装在料盘上进行加热，采用电加热方式，加热温度为℃，采用PAG淬火剂进行淬火，淬火剂浓度为10％，淬火剂通过板式换热器由自来水进行冷却，冷却系统具有测温和自动冷却功能，在生产过程中通过自动控制冷却水的通断将淬火液温度控制在40℃±5℃范围。

普通调质淬火后曲轴硬度分布在dB2.6～dB3.0范围，抽查普通调质曲轴淬火后大头和小头对应硬度，数据见表2。

表2普通调质曲轴不同部位淬火硬度（单位：dB）

序号

大头硬度

小头硬度

1

2.75

2.75

2

2.65

2.7

3

2.7

2.65

回火硬度

普通调质曲轴回火硬度为dB3.6～dB3.75；锻造余热淬火曲轴分别采用三种不同温度（温度1、温度2和温度3）进行回火，回火后其硬度分别为dB3.35～dB3.4，dB3.45～dB3.6和dB3.6～dB3.75。图4为余热淬火曲轴经过温度3回火后的硬度分布。

图4余热淬火曲轴回火后硬度分布（温度3）

金相组织

在图1所示部位分别检验了采用普通调质和锻造余热淬火+回火曲轴金相组织，普通调质组织为回火索氏体+少量屈氏体+条状铁素体，组织级别为3.5级～4级；锻造余热淬火+回火后组织为回火索氏体+条状铁素体，组织级别为2.5级～3.5级，见图5。

(a)普通调质(b)锻造余热淬火+回火

图5调质后曲轴的金相组织（×）

晶粒度

在图1所示部位分别检验了采用普通调质和锻造余热淬火+回火曲轴的实际晶粒度，普通调质后晶粒度为5级～8级，；锻造余热淬火+回火后晶粒度为4级～5级。见图6。

(a)普通调质（8级）(b)锻造余热淬火（4级～5级）

图6曲轴调质后的实际晶粒度（×）

机械性能

在曲轴的大头取样分别进行拉伸和冲击性能检验，其状态分别为普通调质和锻造余热淬火+回火（温度3），检验结果见表3。

表3不同工艺处理后曲轴的机械性能

Rm/MPa

Rp/MPa

A（％）

Z（％）

Aku/J

备注

普通调质

16

58

四个样品平均值

余热淬火

15

54.5

46

试验结果分析

淬透性

锻造余热淬火的奥氏体加热温度较普通调质淬火高，奥氏体晶粒粗大，从而提高了材料的淬透性。从图3、表1和表2可以看出，锻造余热淬油曲轴的淬火硬度与普通调质PAG淬火所得到的淬火硬度相当。从图5也可以看出，锻造余热淬油较普通调质PAG淬火得到的金相组织更好，锻造余热淬火表层和心部都是较均匀一致的马氏体组织，而普通调质淬PAG淬火剂的心部存在一定数量的屈氏体。

晶粒度

从图6可以看出，普通调质件由于经过了二次加热，晶粒得到细化，一般在8级～6级；余热淬火件由于锻后温度较高且直接入油淬火，晶粒较粗，在4级～5级之间。晶粒粗化有利于切削性能的提高，可以显著提高刀具的切削寿命，提高切削加工效率。

力学性能

从不同温度回火后硬度可以看出，为了获得相同硬度和常规机械性能，余热淬火件比普通调质件回火温度要高40℃～50℃。从金相组织看出，余热淬火件回火温度提高后，其组织仍保持原马氏体组织的位向，这说明余热淬火明显地推迟了回火组织转变，有较强的抗回火性能。

从强度检验结果看，在表面硬度相同的情况下锻造余热淬油件和普通调质PAG淬火件的性能处在相同水平；但冲击功较普通调质低较多，这是由于锻造余热淬火件晶粒较粗造成。经过试验，冲击功的降低对曲轴的使用寿命无明显影响。

结束语

⑴微型车40CrH曲轴采用锻造余热淬火工艺生产，各种性能指标满足客户要求。最佳锻造余热淬火工艺参数为：锻造加热温度℃±50℃，锻造成形并热校正后采用快速淬火油直接淬火，并进行适当的回火。

⑵按照现有锻造工艺，曲轴热校正后采用快速淬火油直接淬火，淬火硬度达到工艺要求，硬度均匀，与原来采用PAG淬火相当，同时淬透性得到较大提高。采用锻造后直接淬火方式生产中易于控制和操作，对锻造过程无任何影响，同时消除了普通调质PAG淬火产生淬火裂纹的风险，有利于批量生产组织。

⑶微型车曲轴采用余热淬火工艺生产，省去了普通调质的淬火加热工序，节约了大量的加热用电，同时简化了工艺，缩短了生产周期。据测算，采用锻造余热淬火每kg锻件可节电0.5kwh，年可节约二次加热电费约25万元。

——节选自《锻造与冲压》杂志年08期