雙頭螺栓材料為45鋼，調質前毛坯尺寸為準10mm×170 mm，硬度要求≥235 HB，經加工后再滾壓成螺栓，硬度均勻性要求控制在±15HB以內。之前調質過程一直采用水淬、油冷工藝，由于產品尺寸處于材料淬火開裂的敏感區域（易開裂尺寸范圍8～13mm），鹽水中的冷卻時間完全靠操作者根據工件在水中的時間、汽化膜形成與破裂發出的聲音和振動等經驗來控制，對操著者經驗要求很高，淬火操作難度大，易因開裂缺陷導致產品報廢。并且在熱處理前需要操作者對來料逐件進行捆綁，幾件綁成一束，準備時間較長，需要改進。

為了解決調質過程中淬火開裂問題以及淬火前準備試件長的問題，本文通過優選淬火介質和工裝優化等方式成功解決調質過程開裂的問題，同時熱處理效率得到較大幅度的提升。

1.1 淬火介質優化

由于水油雙液淬火過程中，在鹽水中冷卻的時間需要完全根據操作者經驗進行判斷。如果冷卻時間稍長，就會出現開裂問題。為了降低水油淬火過程對操作者經驗的依賴性，應選擇一種既能保證工件能夠淬硬，同時應盡可能冷速低一些，采用較低的最大冷速以及300℃以下冷速降低工件淬火過程的熱應力和組織應力，達到降低工件淬火開裂風險的目的。依據之前的研究結果，優選出10%PAG和N32油作為試驗介質。為了驗證兩種介質的淬火效果，采用直徑為準10mm的原材料作為試樣，試樣的長度共有3種，分別為200、120和60mm，詳細的試驗方案見表1。

熱處理完畢后，采用如圖1所示的方法進行解剖，然后測試試樣每個面的硬度。測試設備采用FALCON 507維氏硬度計，將結果依據國家標準轉換為布氏硬度。

1.2 工裝優化

分別設計了如圖2所示的3種工裝，在后續的工藝試驗中重點對比了這3種工裝準備效率以及其對調質后硬度均勻性的影響。

2.1 淬火介質優化

表1中安排的試驗結果見表2。從試驗結果可以看出，N32淬火油以及10%NaCl水溶液硬度均勻性要明顯好于10%PAG水溶液，基本都在±15HB以內。PAG出現硬度范圍偏差較大的原因，可能是淬火介質缺少必要的攪拌裝置，完全靠手工無法實現均勻冷卻所導致。

但也可看出，同樣在520℃回火，3種淬火介質最終硬度存在明顯的區別，10%NaCl>10%PAG>N32，說明三者調質后的組織略有不同。圖3為N32油調質后的金相圖片。從圖中可看出，調質后的試樣組織均為回火索氏體，先共析鐵素體相不明顯。綜合考慮到大批量雙頭螺栓淬火過程的穩定性，后續雙頭螺栓生產過程中可以使用N32油取代10%NaCl。

2.2.1 工裝對硬度均勻性的影響

根據上面優化出來的淬火介質，分別采用圖2所示的工裝進行調質處理。每種工裝均裝滿，控制工件之間間距大于10mm，調質后每種工裝分別抽取3根，按圖1所示的方法截取硬度試樣并測試，結果見表3。

從表中可以看到，吊裝式工裝和插入式工裝最終抽檢結果均滿足±15HB要求，平盤式工裝調質后硬度均勻性稍差一些。這可能是因為平盤與工件接觸部分對淬火效果有一定的影響。

2.2.2 工裝對淬火前準備時間的影響

這里主要是對比滿足硬度均勻性要求的吊裝工裝和插入式工裝的準備時間。

使用吊裝式工裝，淬火前需要操作者手工將工件捆綁后再綁在吊籃上，捆綁有兩種方式：

(1)采用與集束捆綁相同的辦法，把棒料捆綁后掛在吊籃上，預計每根時間約1min左右。

(2)在棒料的一端開寬為2mm、深為1mm的溝槽，然后再用鐵絲捆綁吊掛，每根捆綁時間約20s左右；但增加了機械加工溝槽以及周轉時間。

插入式工裝淬火前需要操作者手工將工件逐根插入到工裝的每個孔內，每根棒料插入時間大約3～5 s。

綜上所述，以每爐處理200根來計算，使用吊裝式工裝熱處理的最短準備時間約66min，還不包括機械加工溝槽和工件周轉時間；使用插入式工裝所需時間約為10min。綜合對比，使用插入式工裝提升淬火前準備效率非常明顯。

(1）尺寸為準10 mm×170 mm的45鋼棒采用N32調質后組織基本為回火索氏體，未出現明顯的鐵素體等先共析相。

(2）雙頭螺栓采用插入式工裝和油淬的方式，調質后硬度均勻性在±15HB以內，淬火準備效率提升非常明顯。

上一篇：表面滲鋅雙頭螺栓斷裂原因分析

下一篇：