产品开发材料与热处理

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。

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。

今年技术部门接到客户某新产品的技术文件，产品如图1所示。

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，我们非常为难。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？对此如此复杂的外形、结构，对应的感应器（圈）制作也有很大难度。

对此，我们经过谨慎考虑、权衡，并与客户协商，对该原设计做出洗心革面式的修改：材料改为SAE8620H；热处理改为渗碳淬火。

技术要求修改后实施

修正后的产品生产流程为：锻造→等温正火→粗车、精车→插内花键→铣孔、钻螺纹孔→渗碳淬火（螺纹防渗）→抛丸→研磨中心孔、校直→检验→镗孔、魔外圆→磁粉探伤→终检。

制定渗碳淬火工艺（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。

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731HV；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；非马氏体层为0.012mm。

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性，其良好的强韧性搭配，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。

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