可鍛鑄鐵高頻感應(yīng)熱處理及金相組織分析
高頻感應(yīng)熱處理工藝因具有加熱速度快，生產(chǎn)效率高、節(jié)省能源、易于機(jī)械化和自動(dòng)化等特點(diǎn)，在汽車零部件生產(chǎn)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。汽車高頻感應(yīng)熱處理零件常選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（如35鋼、40鋼等）、合金結(jié)構(gòu)鋼（如35CR鋼等）和鑄鋼（如ZG35和ZG45等）等。而某國外牌號轎車變速器零件———A型齒輪材料為QS11MS55，是珠光體型可鍛鑄鐵，要求對其進(jìn)行高頻感應(yīng)熱處理，這是一個(gè)比較新的課題。
2 高頻感應(yīng)淬火對材料的要求
根據(jù)德國歐寶公司的《工程材料規(guī)范》規(guī)定，QS11MS55（國內(nèi)牌號KTZ550204）淬火前的組織應(yīng)為層狀珠光體或粒狀FE3C和呈均勻分布的石墨，允許存在少量鐵素體，無游離滲碳體；并規(guī)定用于感應(yīng)淬火的零件其珠光體應(yīng)呈粒狀結(jié)構(gòu)，鐵素體每單位面積最大含量為20％。
用于高頻感應(yīng)淬火的鑄鐵件要求為珠光體型可鍛鑄鐵，這是因?yàn)榇慊鸷笕菀椎玫今R氏體。若是鐵素體為主的可鍛鑄鐵，則在高頻瞬時(shí)加熱中，鐵素體來不及轉(zhuǎn)變?yōu)?a target="_blank">奧氏體，碳也來不及在奧氏體中充分?jǐn)U散，因此在淬火得到馬氏體的同時(shí)，組織中還存在鐵素體，影響了鑄件的硬度和耐磨性。鋁板點(diǎn)焊機(jī)
3 高頻感應(yīng)淬火試驗(yàn)
A型齒輪及尺寸見圖1。外齒輪高頻淬火表面硬度要求為46～56HRC；硬化層深度要求≥110MM，硬化特性曲線應(yīng)基本符合要求。
3.1零件原材料的調(diào)質(zhì)處理
試驗(yàn)用進(jìn)口零件材料為兩種組織形態(tài)，一種是符合歐寶公司要求的珠光體型可鍛鑄鐵，其原始組織為粒狀珠光體＋呈較細(xì)團(tuán)絮狀且均勻分布的石墨，無游離滲碳體（圖2）。另一種為鑄造后調(diào)質(zhì)狀態(tài)，原始組織為回火索氏體＋呈較細(xì)團(tuán)絮狀且均勻分布的石墨，基體硬度為22～24HRC（圖3）。兩種材料均符合高頻感應(yīng)淬火工藝對其組織的要求。
在生產(chǎn)中未經(jīng)調(diào)質(zhì)的可鍛鑄鐵的原始組織為珠光體＋鐵素體（珠光體含量為50％～80％），經(jīng)過高頻瞬時(shí)加熱后容易造成有效硬化層深度分布不均勻，導(dǎo)致表面硬度值高低不均，若要達(dá)到高硬度，采取提高淬火溫度往往會(huì)使鑄件產(chǎn)生裂紋。因此，要求對鑄件毛坯進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，得到均勻的回火索氏體，再經(jīng)高頻感應(yīng)淬火后便能得到均勻的馬氏體組織和均勻的表面硬度及硬化層深度。
3.2高頻感應(yīng)淬火工藝
與鋼相比，要達(dá)到同樣的硬化層深度，可鍛鑄鐵感應(yīng)加熱時(shí)間要長些，以使珠光體型可鍛鑄鐵中存在的少量鐵素體充分溶解。若材料的硬度高低不均則加熱速度不能太快，否則會(huì)使鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)顯著提高，造成部分鐵素體因未能轉(zhuǎn)變成奧氏體而殘留在淬火層組織中，使淬火后表面硬度下降。冷卻時(shí)為避免產(chǎn)生裂紋，一般不直接冷卻到室溫，而冷卻到一定溫度（150℃）后即噴水溶性介質(zhì)。經(jīng)表面淬火后的零件應(yīng)及時(shí)回火。
由于可鍛鑄鐵導(dǎo)熱性比鋼差得多，因此選擇合適的頻率就顯得尤其重要。對于A型齒輪，其齒數(shù)為12，模數(shù)為8.4118，齒高為5MM，較一般漸開線齒輪的齒高低得多，在全齒加熱時(shí)，其輪齒對齒溝的屏蔽作用就相對小許多，因此可以選用比普通漸開線齒輪全齒加熱最佳頻率稍高一些的頻率。經(jīng)工藝試驗(yàn)，采用90KHZ的超音頻電源，加熱效果良好，完全達(dá)到了技術(shù)要求。
原材料為調(diào)質(zhì)態(tài)零件經(jīng)高頻感應(yīng)淬火后的實(shí)物見圖4，高頻淬火組織為均勻的淬火馬氏體＋團(tuán)絮狀石墨。
4 結(jié)論
（1）用于高頻感應(yīng)熱處理的可鍛鑄件要求原始組織為珠光體基體。
（2）根據(jù)對進(jìn)口零件材料分析的結(jié)果及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對可鍛鑄鐵零件，首先對毛坯件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，然后進(jìn)行機(jī)加工，再進(jìn)行高頻淬火，其工藝路線為鑄造→調(diào)質(zhì)→機(jī)加工→高頻淬火，得到的硬化層深度均勻，且不易出現(xiàn)淬火裂紋。
（3）珠光體型可鍛鑄件的加熱時(shí)間不宜過短，加熱速度不宜過快，以使鐵素體充分溶解。為避免產(chǎn)生裂紋，一般不冷卻到室溫，而冷卻到一定溫度（150℃）后即噴水溶性介質(zhì)，淬火后應(yīng)及時(shí)回火。
（4）選用適當(dāng)?shù)念l率（90KHZ）才能在齒輪全齒淬火時(shí)獲得近似沿齒廓分布的硬化層。