1.本发明涉及热处理领域，尤其是涉及一种薄壁环形零件淬火变形精准控制方法。
背景技术：2.公知的，薄壁环形零件为热处理常见的一种零件，包括薄壁渗碳类齿圈、薄壁表面淬火类轴套、薄壁调质类环形活件等，其外形特点为壁厚、高度相对直径尺寸均较小，淬火后一方面会发生直径尺寸的整体缩小或胀大（由材料成分和冷却方式决定），另一方面极易发生椭圆变形，且椭圆变形会附带端面翘曲变形，给后期的机械加工带来了极大的困难。为了能够加工出图纸要求的产品，通常在制作毛坯时将零件各部余量放大，确保所加余量大于淬火变形量，这造成了严重的材料浪费，且零件变形后各部加工量不同而不利于零件硬度均匀性，最终影响产品的使用性能；若淬火过程变形量大于所加余量，容易造成产品无法满足机械加工而报废。因此提出一种在淬火过程中精准控制薄壁环形零件变形的方法，成为本领域技术人员的基本诉求。
技术实现要素：3.为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种薄壁环形零件淬火变形精准控制方法。
4.为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种薄壁环形零件淬火变形精准控制方法，具体操作步骤如下：（1）、根据零件材料成分，计算亚共析钢的相变点ac3、ar3或过共析钢ac1、ar1和ms的温度值；（2）、测量并记录薄壁环形零件来料内径尺寸d，根据材料成分和冷却方式，判断其自由状态下淬火后直径尺寸呈胀大或缩小趋势；（3）、根据零件尺寸制作外形为圆形的工装，其高度尺寸较薄壁环形零件高5～10mm；对淬火后直径尺寸呈胀大趋势的零件，工装外圆尺寸为d=d
×
（1+3
‰
）；对淬火后直径尺寸呈缩小趋势的零件，工装外圆尺寸为d=d；（4）、亚共析钢零件在ac3+（30~70℃）、过共析钢零件在ac1+（30~70℃）奥氏体化保温完成后，将零件吊运并竖直放置于水平托盘上，并用测温设备监控其表面温度；（5）、在亚共析钢零件表面温度降至ar 3
～ac3温度间或过共析钢零件表面温度降至ar1～ac1温度区间时，将制作好的圆形工装竖直放入零件内孔中；（6）、随着温度的降低，零件抱紧工装并发生塑性变形使椭圆变形消除，当亚共析钢零件表面温度降至t=[ar3+ms]/2时、或过共析钢零件表面温度降至t=[ar1+ms]/2时，起吊托盘载圆形工装及零件至淬火介质中冷却；（7）、淬火冷却结束后，将工装从亚共析钢零件内孔或过共析钢零件内孔中取出，淬火及变形精准控制操作完成。
[0005]
薄壁环形零件淬火变形精准控制方法，淬火介质为油、水或合成淬火液，在淬火介
质中冷却的时间为5~10分钟。
[0006]
薄壁环形零件淬火变形精准控制方法，所述圆形的工装中设有内孔，且径向的壁厚至少为薄壁环形零件壁厚的2倍，其倒角为3
×
45
°
，其外圆的粗糙度不高于ra6.3。
[0007]
薄壁环形零件淬火变形精准控制方法，步骤（6）中零件抱紧工装时，工装不发生变形，零件内孔与工装外圆为过盈配合。
[0008]
薄壁环形零件淬火变形精准控制方法，步骤（6）中托盘连同零件和圆形工装在淬火介质中进行冷却，冷却终了时零件温度低于ms点温度。
[0009]
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明所述的薄壁环形零件淬火变形精准控制方法，根据材料热胀冷缩和组织转变的客观规律，依据材料成分及冷却方式判断其自由状态下淬火后直径尺寸呈胀大或缩小趋势，结合零件尺寸制作圆形工装，借助圆形工装的支撑作用使零件在降温收缩过程中使椭圆变形消除，实现零件淬火冷却和变形控制同步进行，最终淬火硬度和淬火变形控制目标同时满足，本发明对淬火变形控制精准、操作简便，切实有效。
具体实施方式
[0010]
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
[0011]
薄壁环形零件淬火变形精准控制方法，具体操作步骤如下：（1）、根据零件材料成分，计算亚共析钢的相变点ac3、ar3或过共析钢ac1、ar1和ms的温度值；（2）、测量并记录薄壁环形零件来料内径尺寸d，根据材料成分和冷却方式，判断其自由状态下淬火后直径尺寸呈胀大或缩小趋势；（3）、根据零件尺寸制作外形为圆形的工装，其高度尺寸较薄壁环形零件高5～10mm；对淬火后直径尺寸呈胀大趋势的零件，工装外圆尺寸为d=d
×
（1+3
‰
）；对淬火后直径尺寸呈缩小趋势的零件，工装外圆尺寸为d=d；所述圆形的工装中设有内孔，且径向的壁厚至少为薄壁环形零件壁厚的2倍，其倒角为3
×
45
°
，其外圆的粗糙度不高于ra6.3；（4）、亚共析钢零件在ac3+（30~70℃）、过共析钢零件在ac1+（30~70℃）奥氏体化保温完成后，将零件吊运并竖直放置于水平托盘上，并用测温设备监控其表面温度；（5）、在亚共析钢零件表面温度降至ar 3
～ac3温度间或过共析钢零件表面温度降至ar1～ac1温度区间时，将制作好的圆形工装竖直放入零件内孔中；（6）、随着温度的降低，零件抱紧工装并发生塑性变形使椭圆变形消除，当亚共析钢零件表面温度降至t=[ar3+ms]/2时、或过共析钢零件表面温度降至t=[ar1+ms]/2时，起吊托盘载圆形工装及零件至淬火介质中冷却，冷却终了时零件温度低于ms点温度；薄壁环形零件淬火变形精准控制方法，步骤（6）中零件抱紧工装时，工装不发生变形，零件内孔与工装外圆为过盈配合；淬火介质为油、水或合成淬火液，在淬火介质中冷却的时间为5~20分钟；（7）、淬火冷却结束后，将工装从亚共析钢零件内孔或过共析钢零件内孔中取出，淬火及变形精准控制操作完成。
[0012]
实施例1
薄壁环形零件，材质为45#，要求外圆硬度≥hrc45，图纸尺寸：外径为φ630mm，内径为φ590mm，高度为150mm；在图纸尺寸上加余量：外径为3mm，内径为3mm，高度为3mm；该零件实物外径为φ633mm、壁厚为23mm、内径为φ587mm，高度为153mm，壁厚、高度相对直径尺寸均较小，淬火冷却采用水冷，自由状态下淬火后直径呈缩小趋势，且会伴随明显的椭圆变形，由于内外径留量仅有3mm，若淬火后尺寸整体缩小及椭圆变形，则难以满足图纸尺寸加工要求；经计算，本零件ac3温度为770℃，ar3温度为720℃，ms温度为336℃，奥氏体化保温温度为830℃。根据零件实物尺寸，制作圆形工装，其外径为φ587mm，高度为160mm，壁厚为60mm，倒角为3
×
45
°
，外圆粗糙度为ra6.3。
[0013]
零件在840℃保温完成后，从炉内吊出，放置水平托盘上，并用测温设备监控零件表面温度，在零件表面温度降至730℃时，将圆形工装竖直放入零件内孔，零件温度逐渐降低而抱紧刚性强而不变形的圆形工装，且为过盈配合，此时零件发生塑性变形使椭圆变形消除，当零件表面温度降至528℃时，吊托盘连同零件和圆形工装一同入水冷却；冷却时间5min，零件出水后温度为50℃，且其与圆形工装外圆的过盈配合已松动，将圆形工装吊出，淬火完成。经检测，零件外圆硬度为hrc47~49，满足图纸技术要求；零件外径尺寸为φ633.0~633.3mm，椭圆0.3mm，满足机械加工要求。
[0014]
实施例2薄壁环形零件，材质为9cr2，要求硬度hrc54-58，图纸尺寸：外径为φ2100mm，内径为φ1912mm，高度为285mm；在图纸尺寸上加余量：外径为12mm，内径为12mm，高度为10mm；该零件实物外径为φ2112mm、壁厚为106mm、内径为φ1900mm，高度为295mm，壁厚、高度相对直径尺寸均较小，淬火冷却采用合成淬火液冷，自由状态下淬火后直径呈胀大趋势，且会伴随明显的椭圆变形，由于内外径留量仅有12mm，若淬火后尺寸整体胀大及椭圆变形，则难以满足图纸尺寸加工要求；经计算，本零件ac1温度为730℃，ar1温度为700℃，ms温度为270℃，奥氏体化保温温度为800℃。根据零件实物尺寸，制作圆形工装，其外径为φ1905.7 mm，高度为300mm，壁厚为220mm，倒角为3
×
45
°
，外圆粗糙度为ra6.3。
[0015]
零件在800℃保温完成后，从炉内吊出，放置水平托盘上，并用测温设备监控零件表面温度，在零件表面温度降至710℃时，将圆形工装竖直放入零件内孔，零件温度逐渐降低而抱紧刚性强而不变形的圆形工装，且为过盈配合，此时零件发生塑性变形使椭圆变形消除，当轴套表面温度降至485℃时，吊托盘连同零件和圆形工装一同入合成淬火液冷却；冷却时间15min，零件出合成淬火液后温度为70℃，且其与圆形工装外圆的过盈配合已松动，将圆形工装吊出，淬火完成。经检测，零件外圆硬度为hrc55~56，满足图纸技术要求；零件外径尺寸为φ2118.3~2119.3mm，椭圆1.0mm，满足机械加工要求。
[0016]
本发明未详述部分为现有技术。
[0017]
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
技术特征：1.一种薄壁环形零件淬火变形精准控制方法，其特征是：具体操作步骤如下：（1）、根据零件材料成分，计算亚共析钢的相变点ac3、ar3或过共析钢ac1、ar1和ms的温度值；（2）、测量并记录薄壁环形零件来料内径尺寸d，根据材料成分和冷却方式，判断其自由状态下淬火后直径尺寸呈胀大或缩小趋势；（3）、根据零件尺寸制作外形为圆形的工装，其高度尺寸较薄壁环形零件高5～10mm；对淬火后直径尺寸呈胀大趋势的零件，工装外圆尺寸为d=d
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（1+3
‰
）；对淬火后直径尺寸呈缩小趋势的零件，工装外圆尺寸为d=d；（4）、亚共析钢零件在ac3+（30~70℃）、过共析钢零件在ac1+（30~70℃）奥氏体化保温完成后，将零件吊运并竖直放置于水平托盘上，并用测温设备监控其表面温度；（5）、在亚共析钢零件表面温度降至ar 3
～ac3温度间或过共析钢零件表面温度降至ar1～ac1温度区间时，将制作好的圆形工装竖直放入零件内孔中；（6）、随着温度的降低，零件抱紧工装并发生塑性变形使椭圆变形消除，当亚共析钢零件表面温度降至t=[ar3+ms]/2时、或过共析钢零件表面温度降至t=[ar1+ms]/2时，起吊托盘载圆形工装及零件至淬火介质中冷却；（7）、淬火冷却结束后，将工装从亚共析钢零件内孔或过共析钢零件内孔中取出，淬火及变形精准控制操作完成。2.根据权利要求1所述的薄壁环形零件淬火变形精准控制方法，其特征是：淬火介质为油、水或合成淬火液，在淬火介质中冷却的时间为5~10分钟。3.根据权利要求1所述的薄壁环形零件淬火变形精准控制方法，其特征是：所述圆形的工装中设有内孔，且径向的壁厚至少为薄壁环形零件壁厚的2倍，其倒角为3
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45
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，其外圆的粗糙度不高于ra6.3。4.根据权利要求1所述的薄壁环形零件淬火变形精准控制方法，其特征是：步骤（6）中零件抱紧工装时，工装不发生变形，零件内孔与工装外圆为过盈配合。5.根据权利要求1所述的薄壁环形零件淬火变形精准控制方法，其特征是：步骤（6）中托盘连同零件和圆形工装在淬火介质中进行冷却，冷却终了时零件温度低于ms点温度。
技术总结一种薄壁环形零件淬火变形精准控制方法，涉及热处理领域，具体操作步骤如下：根据零件材料成分，计算亚共析钢的相变点Ac3、Ar3或过共析钢Ac1、Ar1和Ms的温度值；测量并记录薄壁环形零件来料内径尺寸d，根据材料成分和冷却方式，判断其自由状态下淬火后直径尺寸呈胀大或缩小趋势；制作圆形的工装；亚共析钢零件、过共析钢零件在奥氏体化保温完成后进行测温；降温后将制作好的圆形工装竖直放入零件内孔中；当亚共析钢零件表面温度降至T=[Ar3+Ms]/2时、或过共析钢零件表面温度降至T=[Ar1+Ms]/2时，起吊至淬火介质中冷却；淬火冷却结束后，将工装从零件内孔中取出；本发明对淬火变形控制精准、操作简便，切实有效。切实有效。
技术研发人员：张沛 石如星 林乙丑 苏文博 王九花 孔玉婷 李昌义 于慎君 张广威 张峰 陈艳芳 李禹良 刘志刚 刘东伟 阎涛 李光 代博杰 贺强 张彦娟
受保护的技术使用者：中信重工机械股份有限公司
技术研发日：2022.02.25
技术公布日：2022/7/5
