汽车半轴热处理工艺

40Cr钢汽车半轴的热处理工艺

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（中国矿业大学材料科学与工程学院江苏徐州 221116）

摘要: 制定40Cr 钢退火、正火、淬火、回火、调质热处理工

艺, 测定在各种热处理情况下试样的硬度和冲击韧性, 并进

行材料的金相组织分析, 得出了40Cr 钢调质处理具有良好综

合性能的结论。

关键词：汽车半轴；热处理工艺；金相组织；性能

1引言

汽车半轴是汽车的重要部件之一, 要求具有合理的最佳的静

扭强度和抗扭转疲劳性能. 是在汽车运行中承受自重和货物重量, 并传递扭矩的重要零件,常采用40Cr 钢制造, 其产品质量直接影

响着整车的性能。

40Cr 钢属于亚共析钢, 缓冷至室温后的显微组织为铁素体

加珠光体, 含有较少的合金元素, 属于低淬透性合金调质钢, 经

适当热处理后具有较高的强度、良好的塑性和韧性, 即具有良好

的综合力学性能, 常用于制造汽车的连杆、螺栓、传动轴及机床

主轴等机械零件。

2分析

汽车半轴的加工工艺流程如下：半轴材料采购→下料→花键

加热→锻造镦花键成形→另一端加热→锻造预镦制坯→加热→半

轴盘端摆辗成形→淬火→回火→校直→抛丸→铣端面钻中心孔→

校正→粗车半轴法兰盘外端面和花键外圆→粗车法兰盘内端面和

外圆→精车法兰端和花键外圆→铣花键→清洗→中频淬火→回火

→校正→无损检测→钻半轴法兰盘孔→磨半轴法兰轴颈→精车半

轴法兰内端面→抛光→清洗→打标→包装。

对于40Cr的热处理，采用预备热处理和最终热处理。调质钢经热加工后, 必须经过预备热处理来降低硬度, 便于切削加工,

消除热加工时造成的组织缺陷,细化晶粒, 改善组织, 为最终热

处理做好准备。对于40Cr 钢而言, 可进行正火或退火处理。调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。一般可以采用较慢的冷却速度淬火, 可以用油淬以避免热处理缺陷。当强度较高时, 采用较低的回火温度, 反之选用较高的回火温度。

铁碳合金相图

40Cr的化学成分及临界温度见表1

从铁碳合金相图可以看出：40Cr钢属于亚共析钢, 在缓慢冷却到室温后的组织为铁素体和珠光体。从钢的分类来看, 40Cr钢属于调质钢, 具有很高的强度及良好的塑性和韧性,也就是有良好的机械性能。40Cr钢主要应用于制造业，特别是机械类制造的材料。表1所示的是40Cr 的化学成分及临界温度。40Cr钢的热处理，各种参数都有规定，在实际操作中应注意：

（1）40Cr 工件淬火后应采用油冷，40Cr 钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小，操作者要凭

经验严格掌握入水、出水的温度。

（2）40Cr 工件调质后硬度仍然偏高，第二次回火温度就要增加，不然，硬度降低困难。

（3）40Cr 工件高温回火后，形状复杂的在油中冷却，简单的在水中冷却，目的是避免第二类回火脆性的影响。回火快冷后的工件，必要时再施以消除应力处理。

本文根据对40Cr 钢分别采用退火、正火、淬火、不同的回火温度情况下的热处理, 测定不同情况下试样的硬度与冲击韧性值。

3热处理工艺参数的选择

对40Cr钢分别采用退火、正火、淬火、不同的回火温度情况下的热处理, 测定不同情况下试样的硬度与硬度值。制定了调质热处理工艺参数，如表2 所示。

表2 40Cr 调质热处理工艺参数

4热处理工艺的制定

4.1退火工艺的制定

图1 为退火及正火工艺曲线图。加热温度: Ac3+(30～50)℃，由此确定加热温度为850℃; 保温时间:120min; 冷却方式: 随炉冷却。

图1退火及正火工艺曲线图

4.2正火工艺的制定

加热温度: Ac3+(30～50)℃,由此确定加热温度为850℃; 保温时间:120min; 冷却方式:空冷。

4.3淬火工艺的制定

图2 为淬火工艺曲线图。加热温度: Ac3+(30～50)℃,由此确定加热温度为850℃; 保温时间:80min;冷却方式: 油冷。

图2淬火工艺曲线图

4.4回火工艺的制定

亚共析钢的低温回火温度为150℃～300℃,但钢材的第一类回火脆性温度在250℃～400℃,由于40Cr中含有硅、锰、铬等合金元素, 第一类回火脆性温度将有所增高,所以选用低温回火温度为240℃;保温时间为60min;采用空冷。中温回火温度350℃～500℃,选用温度为460℃;保温时间为50min;空冷。高温回火温度为500℃～650℃,可选用加热温度为620℃;保温时间60min;空冷。

540Cr热处理冲击韧性与硬度

为了检测各组试样在热处理后的硬度, 对退火和正火的试样进行布氏硬度的检测，对淬火后低温回火、中温回火和高温回火的试样进行洛氏硬度的检测，对调质处理与油淬后的试样进行冲击韧性检测。其结论如表3 - 表5 所示。

640Cr热处理后的金相组织分析

6.1正火热处理

正火是加热、保温后在空气中冷却, 其冷却速度比炉冷快, 珠光体转变温度低, 因此正火后获得的珠光体比退火后的珠光体更细一些, 并用3 % ~ 4 % 硝酸酒精进行腐蚀，得到正火的金相组织应为铁素体和珠光体组织。

作用：正火工艺作为预先热处理工艺，目的是均匀组织、细化晶粒、改善切削加工工艺性能，为最终调质做好组织准备。

40Cr正火后的金相组织示意图如图3所示。

图3 40Cr钢正火后的组织(4% 硝酸酒精)

6.2调制处理

调质热处理是淬火加高温回火, 其室温组织为回火索氏体。

作用：淬火是为了得到马氏体组织，以便通过回火使工件获得良好的使用性能。高温回火处理时，针对40Cr钢回火后慢冷易产生第二类回火脆性的特点，钢件回火后的冷却方式应选择油冷，而不是空冷。钢件经油冷后，所产生的热应力小、韧性好。经过调质处理，工件可获得综合力学性能良好的回火索氏体组织，保证了钢件的强韧性

40Cr钢没有经过热处理的组织为珠光体, 并用4% 硝酸酒精

进行腐蚀，得到的金相组织为回火索氏体，40Cr 调质热处理后的组织示意图如图4所示。

图4 40Cr钢调制后的组织

7结语

通过对不同热处理试样的冲击值、硬度值的检测, 得到正火后40Cr 试样的硬度值比退火后试样的硬度值稍微偏高, 油淬试样的硬度低, 同时硬度值低于40Cr 调质钢;从金相显微组织来看,正火40Cr 钢的组织为铁素体和珠光体, 调质热处理40Cr 钢的组织为回火索氏体, 因此得出40Cr 钢经调质处理后有较高的硬度、