“螺母柱”批量生产热处理过程控制，大厂都这么做
作者：牛十月、杨华、王凯军、陈引平、缪海舟
单位：太原重工热处理分公司
来源：《金属加工（热加工）》杂志
螺母柱是长江三峡水利枢纽升船机安全保证系统的主要构件，用于在承船厢超载的情况下向塔柱传递事故载荷。整体铸造，其加工尺寸和重量远远超过常规产品，技术要求较高，因此热处理过程控制有较大的难度。为此我们将通过工艺研究、试生产，结合我们企业的生产、工艺技术、设备条件，制定螺母柱热处理工艺技术方案。并不断优化工艺参数，实现批量化生产，配合公司完成三峡升船机项目。
1.工件简介及待解决的问题
材料G35CrNiMo6-6+QT1, 尺寸4980mm×2112mm×589mm，技术要求σs≥650MPa，σb≥800MPa，δ≥12%，AKV≥30J，螺纹面的硬度为230～300HBW。
（1）三峡螺母柱作为重点开发产品，因为其尺寸较大、形状较为特殊，故需制作专用工装，实现其加热冷却过程。
（2）因螺母柱所用材料为新开发的材料，根据其技术要求，需要制定热处理工艺技术方案，在试验的基础上完成工艺参数的固化。
（3）由于螺母柱的特殊形状，在加热、冷却中会发生较大的变形，如何利用工装与工艺过程控制变形则成为要解决的重点问题之一。变形控制在加工余量范围内，尽量控制在≤15mm。
2.热处理工艺分析
根据螺母柱的材料、外型尺寸、热处理技术要求等，热处理过程重点要解决变形和整体综合质量的控制，具体工艺分析如下：
（1）因该产品为铸钢件，零件的组织不均匀和成分偏析易于产生，为满足零件调质处理后的综合力学性能，在调质前增加一道正火工序，其目的是进一步改善铸件中的粗大组织，使之进一步细化，并消除由于截面尺寸不同在结晶过程中产生的显微组织的不均匀性。
（2）因零件尺寸过大（4980mm×2112mm×589mm），外形特殊，且主要工作面不对称，加工应力较大，热处理加热和冷却过程也容易变形，因此要对热处理前的加工余量进行控制。
（3）为保证零件热处理的加热和冷却效果，采取水平放置或侧立放置方式（见图1）进行加热及冷却。
（a）平放
（b）立放
图 1
（4）由于零件调质前工艺余量加大，为保证零件的最终质量要求，适当提高调质后的硬度值，并进行纵向和横向的检测，满足硬度均匀性的要求。
（5）为控制最终精加工后的零件变形，在调质半精加工后进行消除应力处理，消除加工应力。
3.热处理工艺措施
（1）热处理前需提供零件图样、材质单、超声波探伤报告、冷加工工艺及随炉试块等，并对标识核对检查。
（2）来热处理前的加工余量为：各端面留取余量15mm。
（3）外观要求：各端面及螺纹顶圆弧角≥R5mm，台阶根部圆弧角≥R10mm。零件表面不得有裂纹、铸造缺陷、黑皮（如个别处不足余量要求，必须打磨见光）等等不可见缺陷或表面磁粉探伤检查合格，减少应力集中。
（4）按照标准要求提供的同炉试块，试制期每件带两块；要求试块热处理前进行粗加工，端面圆弧角≥R5mm；两种试块随零件进行处理。
（5）工件放置：采取水平装炉时（见图2）正火时螺纹面朝上，调质时螺纹面朝下，采取垫铁支垫2～5点，淬火时无需专用工装；采取侧立装炉（见图3）制作专用垫铁及稳固装置，生产过程操作难度较大，侧立装炉调质前加工时应保留下铸块。
图2 水平放置示意
图3 立装放置示意
（6）为减少热处理过程的变形和应力集中，确保零件的综合机械性能，热处理过程控制入炉温度、加热温度、保温时间、冷却时间（工件出油温度150～200℃）和淬火油温（40～80℃）等。
（7）消除应力的温度比调质回火温度低20～30℃，保证加工应力的充分释放。
4.对于螺母柱变形采取的措施
根据加工情况对热处理各工序的生产变形情况进行测量，调整平装和立装的方式。
（1）对于背部不开槽的螺母柱采用平装的入炉方式，根据变形量在下一道工序中进行热校正，将变形控制在余量范围内。
（2）对于背部开条形槽的螺母柱退火时采用平装，正火时采用立装。当变形较大时，为保险起见调质工序采取平装入炉，过程中进行校正；当变形较小时，直接立装调质。
5.结语
通过现场跟踪测量，调整平装、立装相结合的方式，使变形得到有效控制。在保证质量的前提下，节约成本缩短工期。共对几十件件螺母柱进行了热处理，皆取得了成功，完全满足技术要求，合格率为100%。可以看出螺母柱的工艺参数完全满足其技术要求，且硬度均匀性较好。