文章编号：1003-2843(2007)06-1404-03
王晓春
( 广东韶关宏大齿轮有限公司, 广东韶关512028 )
摘要：本文介绍了各种正火工艺方式, 并比较了其优缺点, 从而得出亚热锻是成本最低的正火工艺方式, 等温正火工艺是最先进的正火工艺方式.
关键词: 汽车齿轮材质; 余热正火; 亚热锻; 等温正火
中图分类号: TH132.4 文献标识码: A
1 国内汽车齿轮常用的材质及毛坯锻件热处理的要求
1.1 汽车齿轮常用的材质
国内汽车齿轮常用的材质主要有45#钢、40Cr、20CrMnTi、18CrMnTi、20CrMo、20CrNiMo 等，最近随着国外汽车厂家的进入，诸如SCM420H、SCM822H、SAE8620RH、SAE8627RH、PS16H、PS18
H、CL4520、20MnCr5、18MnCr5 等日本、美国、德国牌号的钢材也大量进入国内汽车齿轮的生产体系[1-4].
1.2 汽车齿轮毛坯锻件热处理（正火）的目的
对汽车齿轮毛坯锻件进行热处理、一是为金属切削加工提供最佳切削性能、即获得适宜的锻件表面硬度. 当锻件表面硬度太高时、机加工切削非常困难、并且刀具损耗非常大[5]；当锻件表面硬度太低时、机加工切削时容易产生粘刀的现象、表面光洁度很差，以往的毛坯锻件热处理后的硬度要求在HB156~207 之间，而现在很多企业要求在HB170~190 之间，比以往严格许多. 二是为第二热处理做好金相组织准备，当正火组织比较均匀、晶粒比较细腻、带状组织较小时，产品热处理时变形就小，而且容易获得较为满意的热处理组织[6-9]. 一般的汽车齿轮毛坯锻件热处理后的金相组织是珠光体P 及铁素体F 的混合组织，不允许出现魏式组织或网状碳化物，而且带状组织不允许超过三级[10]. 2 各种正火方式简介
堆冷或炉冷：直接把红锻件堆到石灰或沙堆内进行保温或放入加热炉内随炉冷却的工艺方式.
普通正火：把毛坯锻件加热到A C3+30~50℃（亚共析钢）或Acm+30~50℃（共析钢或过共析钢），保温一定时间后空冷，得到珠光体型组织的热处理.
余热正火：当红锻件产出时、利用锻件的余热并适当地对红锻件进行加热，以使红锻件达到普通正火的工艺温度，从而进行正火的工艺方式.
等温正火：将钢件加热到A C3 以上20~30℃（亚共析钢）或A C1 与A CM 之间（过共析钢）的温度，保温到完全奥氏体化并均匀后，快速冷到低于A r1 以下的某一温度（即奥氏体最不稳定的温度）等温保持到奥氏体完全转变后，然后出炉空冷或随炉冷、油冷、水冷.
3 我厂齿轮毛坯锻件的各种正火方式
锻件正火方式也地经过了灰冷、普通正火、余热正火、亚热锻工艺及等温正火这五个历程，下面就这五种正火工艺方式进行探讨.
收稿日期：2007-04-05
作者简介：王晓春(1968-), 男, 广东韶关宏大齿轮厂锻造分厂厂长工程师.
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_汽_车_齿_轮_毛__坯_锻_件_各_种__正_火_工_艺_方__式_的_探_讨1_40_5_ 3.1 灰冷或堆冷阶段
上世纪70 年代、我公司的锻造车间刚刚成立，由于条件的限制，没有专门的正火设备；而且由于锻件产量低、数量少、加之要求不高，所以当时采用将红锻件直接放入石
灰堆内进行保温或直接将红锻件放入刚加热完锻件的油炉内随炉冷却，到第二天再从冷却的油炉内将锻件取出，这样就完成了锻件的一个简单正火过程.环模
不可否认、锻件经过这样一个简单正火过程，虽然达到了降低锻件硬度、有利于机械加工的目的；但由于保证条件不够，锻件硬度不均匀、重复性不好；同时、锻件的内部组织的要求根本无法得到保证. 从而导致热处理工序产生较大的变形量，影响零件的最终质量.
3.2 普通正火阶段
由于灰冷或堆冷正火工艺阶段的锻件硬度不均匀、重复性不好、锻件的内部组织达不到要求，所以在上世纪80 年代我厂进行了正火工艺的改进. 当时、我们从佛山电炉厂购进了三台电炉对锻件进行普通正火. 该类电炉是用电阻丝进行锻件正火加热，锻件是采用筐装方式靠人力推进电炉内的. 由于该类电炉控温比较准确、正火时间也比较准确，所以锻件正火质量比灰冷或堆冷阶段要大大提高一个台阶.
3.3 余热正火阶段
虽然普通正火阶段的锻件正火质量比灰冷或堆冷阶段的锻件正火质量要大大提高一个台阶，但是普通
正火工艺需要对锻件进行两次加热、成本比较高，所以为了节约第二次加热的成本，就有了余热正火这种正火工艺方式，即当锻出红锻件后、利用锻件的余热并适当地对红锻件进行加热，以使红锻件达到普通正火的工艺温度，从而进行正火的工艺方式. 余热正火由于充分利用了红锻件的热量、所以对其进行再加热的能量消耗很少，相对普通正火工艺而言、大大节约了电能、降低了成本.
上世纪90 年代、我公司购置了洛阳第四设计院及洛阳工学院共同制造的锻件余热正火炉用于我公司锻件的余热正火，经过试验跟踪，经余热正火的锻件质量同经普通正火的锻件质量基本一致，但相对普通正火工艺而言、余热正火大大节约了电能、降低了成本. 只是由于该台锻件余热正火炉本身的制造质量不过关，经常出故障，无法正常使用，最终被放弃.
3.4 亚热锻阶段测量电池内阻
由于我厂余热正火这套设备无法正常使用，而又想降低普通正火所需要的成本，于是我们尝试进行利用锻件的余热对锻件进行保温以代替普通正火工艺的试验.
首先、利用保温材料做了两个保温铁箱、并先后随机选取了数种正在锻造的锻件做试验，将这些刚刚锻好的红锻件放入保温箱内，待保温箱放满红锻件后，封上铁盖，让红锻件在保温箱内保温并随箱冷却，待锻件冷却到室温后再对其表面硬度同金相组织进行检测.
一开始的结果是锻件表面硬度尚可、基本在要求的范围内，但金相组织则非常让人不满意，有些产品的金相组织根本还保留着锻态组织的特点，基本上没有正火过的迹象；有些产品的金相组织虽然有正火的金相组织，但晶粒粗大，带状组织超差，根本不符合要求.
针对第一次试验的结果、对其原因进行了分析. 由于这些做试验的锻件是随机抽取的，锻件的形状有的复杂、有的简单，从而导致终锻温度各不相同，形状复杂的锻件由于变形大，锻造时间长，终锻温度低，虽然放入了保温箱内，但基本上由于温度太低，根本不可能进行正火组织的转变；形状简单的锻件由于变形小，锻造时间短，终锻温度高，放入了保温箱内进行了正火组织的转变，但由于其温度高，所以导致其晶粒粗大，带状组织超差.
分析出了原因后、我们又进行了第二次试验. 此次试验我们选取的都是一些形状简单的锻件、并且尽量控制始锻温度在1050℃左右，并且将红锻件在保温箱内保温的时间控制在4 个小时内，然后再将锻件从保温箱内倒在地上让其自然冷却. 第二次试验的结果是：锻件表面硬度符合要求、正火金相组织比第一次试验的结果要好，但仍然处于合格的边缘.
第三次试验、我们仍然选取的都是一些形状简单的锻件、并且把始锻温度控制在970℃的普通正火工艺温度左右，并且将红锻件在保温箱内保温的时间控制在2 个小时内，然后再将锻件从保温箱内倒在地上让其自然冷却. 第三次试验的结果是：锻件表面硬度符合要求、正火金相组织比第二次试验的结果要好，晶粒组织二级、带状组织三级，已经在合格的范围内.
智能热量表
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在这之后、我们又做了数次试验，结果都相差不大. 针对试验的结果、我们最终决定，对一些要求不高的产品可以用这种“亚热锻”工艺代替普通正火工艺.
3.5 等温正火阶段
随着人们对产品质量要求的逐步提高、普通正火及余热正火后的锻件表面硬度不均匀、晶粒粗大、带状组合较差的现状越来越不被人们所容忍，于是，普通正火工艺逐步被等温正火工艺所取代. 等温正火后的锻件表面硬度非常均匀、晶粒比较细腻、带状组织也较小，是一种比较先进的正火工艺方式.
热加工厂实行等温正火工艺方式已经有三年时间、从这三年的情况来看，成绩非常好，效果令人信服.
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4 经验
通过三年的对等温正火炉的使用、总结出如下一些经验.
4.1 调控锻件表面硬度的最好方法是调控锻件的冷却速度在等温正火炉中、调控锻件的冷却速度是通过调控冷却风量和调控风冷时间来进行的，并且随着环境气温的变化要相应调整风冷时间. 在韶关这种夏季同冬季温差较大的地方、经过我们三年的摸索，同样的材料、同样的产品、在同样的风量下，夏季的风冷时间要比冬季的风冷时间长60 秒左右.
对于有孔、装载不太密实并且实心体积不大的锻件，冷却风量可以调小一点；而对于实心体积较大、装载比较密实的锻件，冷却风量就要调大许多；对于实心体积特别大的锻件，如果单纯调大冷却风量都不能达到理想的表面硬度时、把风冷室的门打开通常会取得很好的效果；如果还不行、这时就要减少锻件的装载数量，虽然牺牲了生产效率、但会保证产品的质量.
4.2 对于产品数量不多的产品、基本上可以套用其它材料的等温正火工艺
在实际生产中、许多时候某一类材质的锻件数量较少，这时如果针对每一种材质都实行不同的等温正火工艺，则生产效率大为降低、并且生产成本很高. 通过这几年的试验，我们发现每种材质的等温正火工艺温度都不是唯一的、而是有一定的温度区间，所以许多材质的等温正火工艺温度都有相交的地方，在生产中、将等温正火工艺温度有相交的材质归为一类工艺就可解决许多转工序的问题. 如45#钢同40Cr 材质的锻件、在实际生产中我们将其同20CrMnTi 材质的锻件一块正火、并获得合格的正火金相组织和适宜的表面硬度.
通过我厂正火工艺的发展、可以看出，等温正火工艺是目前最好的一种锻件正火工艺，对于质量要求高的产品要尽量采用该工艺，但如果产品质量要求低一点，也不妨采用亚热锻工艺等.
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Research on polytechnic normalizing process of motorcar gearwheel rough forge
W AN X i ao-chun
( Hongda Gearwheel Limited Company; Shaoguan 512028, P. R. C. )
Abstract: Polytechnic normalizing process is introduced in this paper through comparison. The lowest cost of normalizing process is sub-forge hot. Constant temperature normalizing process is the most advanced.
Key words: motorcar gearwheel material; sub-forge hot; constant temperature normalizing
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