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車輪鍛件回火均溫工藝詳解

2025-08-31 11:15:13 楊英杰 0

加工車輪鍛件(通常是卡車、客車等重型車輛的輪轂)時的回火均溫,是決定行車輪鍛件最終力學性能、殘余應力狀態和使用安全性的關鍵工序。

下面我將從目的、過程、控制要點和常見問題四個方面,詳細解釋這一過程。




1. 回火均溫的目的

回火是在車輪鍛件淬火之后進行的工序。淬火后,鍛件獲得高硬度但同時也存在很大的內應力和脆性。回火的主要目的就是:

 

消除內應力:降低或消除淬火產生的巨大內應力,防止變形和開裂。

 

 

穩定組織與尺寸:使不穩定的淬火組織(如馬氏體)轉變為穩定的回火組織(如回火索氏體),從而穩定零件的尺寸。

 

 

調整力學性能:通過控制回火溫度和時間,獲得強度、硬度和韌性(塑性)的最佳配合,滿足車輪的使用要求。

 

 “均溫” 是實現上述目的最基本的前提條件。如果溫度都不均勻,所有目標都無法實現。

2. 回火均溫的過程詳解

均溫指的是車輪鍛件在回火爐內,其整體(從表面到心部)都達到并穩定在設定的回火工藝溫度。這個過程通常分為三個階段:

 

加熱階段 (Heating Phase)

 

 

淬火后的車輪被送入回火爐(通常是臺車式電阻爐或燃氣爐)。

 

 

爐子以設定的升溫速度開始加熱。升溫速度不宜過快,否則會因表面和心部溫差過大產生新的熱應力,可能導致工件變形甚至開裂(雖然風險比淬火小,但仍需注意)。

 

 

此時,車輪表面溫度迅速升高,而心部溫度滯后。

 

 

均溫階段 (Soaking / Equalizing Phase) - 核心環節

 

 

當爐膛溫度達到設定的回火溫度(例如:車輪鋼常用回火溫度在450°C - 650°C之間)并進入保溫狀態后,均溫階段正式開始。

 

 

熱量持續從表面向心部傳導,車輪內外溫差逐漸縮小。

 

 

儀表顯示的溫度是爐膛氣氛溫度或工件表面溫度,并非心部溫度。 必須給予足夠的時間讓熱量傳遞到整個工件。

 

 

這個階段的結束,理論上是指車輪鍛件心部溫度也達到回火溫度的時刻。在實際生產中,通常用保溫時間來保證均溫。

 

 

保溫階段 (Holding Phase)

 

 

當工件整體達到回火溫度后,需要在此溫度下保持一段時間,這就是保溫。

 

 

保溫的目的是為了完成金屬內部的顯微組織轉變,讓應力充分消除,性能變得均勻一致。

 

 

保溫時間從均溫結束時開始計算。保溫時間的長短取決于鋼種、工件有效厚度(或擺放方式)以及性能要求。

 

簡單來說:均溫是讓工件熱透的過程,保溫是讓工件發生轉變的過程。

行車輪鍛件

3. 回火均溫的控制要點與影響因素

要保證回火均溫效果,必須嚴格控制以下因素:

影響因素

控制要點與說明

回火溫度

根據車輪材質(如35Mn40Mn238MnSiVS5等)和要求的硬度值精確設定。溫度是影響性能的首要因素。

保溫時間

這是確保均溫的關鍵參數。 時間計算通常基于工件的有效厚度。公式一般為:時間 = 系數 × 有效厚度 (mm)。系數根據爐型不同而變化(例如:空氣爐通常為1.5 - 2.0 分鐘/毫米)。對于堆疊裝載的車輪,要按堆疊總高度來計算。時間不足會導致心部性能不合格。

爐溫均勻性

回火爐內的各點溫度必須均勻(通常要求±10°C以內)。爐子需定期進行溫場均勻性測試(TUS),確保任何位置的工件都能被均勻加熱。

工件裝載方式

車輪在爐內的擺放應有間隔,保證熱空氣能充分循環對流。堆疊過密、過重會導致熱量難以傳入內部,造成均溫困難。

爐氣循環

帶有強力循環風扇的回火爐,可以通過強制對流打破工件表面的氣膜邊界層,極大提高熱交換效率,縮短均溫時間,并提高均勻性。

4. 均溫不足的后果

如果回火均溫沒有做好,將會導致一系列質量問題:

 

性能不均:工件表面和心部硬度、強度差異大。心部可能因回火不足而殘留過多脆性。

 

 

應力消除不徹底:心部殘余應力仍然較高,在后續機械加工或使用過程中,應力重新分布,導致變形甚至開裂。

 

 

組織不穩定:不穩定的組織在后續使用中可能會發生轉變,導致尺寸變化,影響車輪的動平衡和安全性。

 

 

潛在安全隱患:對于承受重載和交變應力的車輪來說,任何性能不均或殘余應力都是嚴重的安全隱患,可能導致行車事故。

 

總結

加工行車輪鍛件時的回火均溫,是一個通過精確控制溫度、時間和爐內環境,使工件整體達到并穩定在目標回火溫度的熱處理過程。它是連接淬火和最終性能的橋梁,是確保大批量生產的車輪鍛件性能均勻、穩定、可靠的核心保障。 在實際生產中,必須通過嚴格的工藝紀律、設備維護和過程監控來保證其有效實施。

 鍛件


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