刘景岩

（河北省电焊机股份有限公司，河北 衡水 053000）

阀片热处理工艺研究

刘景岩

（河北省电焊机股份有限公司，河北 衡水 053000）

阀片是用于压缩机上的一个重要零件，由于阀片的翘曲变形难于控制，废品率很高，一次加工合格率仅为20%左右。通过改进热处理工艺方法及工艺参数，使阀片一次加工合格率达到80%；在对不合格品进行回火及后续冷加工处理后，总合格率可达到96.7%。

压缩机阀片；30CrMnSiA；热处理工艺；等温淬火

阀片在压缩机上起到控制压力及密封气缸的作用，它是在交变载荷、冲击和摩擦条件下工作的。必须具备高的疲劳强度和耐磨性、足够的冲击韧性、较高的几何精度、较低的表面粗糙度和平面度。由于阀片尺寸一般是直径大（D＞100mm）而厚度薄（1mm～2mm），在淬火过程中最易产生翘曲变形。若阀片的平面度超差，则会产生漏气现象，使压缩机的压力降低，气量减少，无用功增加，化肥产量降低。

1.阀片材料、工艺路线、原热处理工艺及主要技术要求

1.1阀片材料30CrMnSiA

1.2阀片工艺路线

落料—粗磨两平面—淬火及回火—半精磨两平面—磨内外园—倒角—精磨两平面—防腐包装—成品入库

1.3阀片原热处理工艺

1.3.1装夹。如图1所示。

1.3.2淬火。在盐浴炉中加热到900℃～920℃，保温8～10分钟，油淬到80℃以下，清洗，开夹，再清洗。

1.3.3回火。在箱式炉中加热到440℃～460℃，保温2小时，出炉水冷。回火装夹如图1所示。

1.4阀片主要技术要求

1.4.1硬度：HRC40～50，同一片上的硬度偏差小于HRC3。

1.4.2平面度见表1。

1.5质量检查

在实际生产中，每道工序后都测量平面度，对各个工序出现的不合格品，需再次进行去应力回火定型，返回到相应工序返修，这种情况往往需要反复3、4次。经返修仍不合格，将做报废处理，造成材料、工时和能源的大量耗损。

图1　淬火、回火夹具

2.试验设备及方法

2.1试验设备

75kW内热式盐浴炉、自制硝盐炉、45kW箱式炉、洛氏硬度计（HRC）、钳工平台、塞尺等。

2.2试验用阀片材料、数量及尺寸

阀片材料为30CrMnSiA，数量30片，外径102mm，厚度2.0mm。

2.3热处理工艺

经过大量试验，采用正交试验法确定了如下工艺参数：

2.3.1等温淬火工艺

淬火加热温度870℃～890℃，加热时间3.5分钟，等温淬火温度330℃～350℃，等温时间12～15分钟。

等温淬火加热时，采用吊挂的方式，每片受热更加均匀。

2.3.2回火工艺

将等温淬火后的阀片，按图1装夹。回火加热温度为390℃～400℃，保温1小时后，出炉空冷至室温。

2.4质量检测

2.4.1硬度

在等温淬火与回火后的阀片中，随机抽取10片测量硬度，列示于表2。

淬火后的阀片硬度在HRC42～46的范围内；回火后在HRC40.5～44范围内，且同一片上的硬度值之差小于HRC3，完全符合技术要求（HRC40～50）。

2.4.2平面度

阀片平面度汇总情况列于表3。

说明：本次试验的阀片质量分级标准是：平面度≦0.04为一级品，＞0.04～0.06为合格品，＞0.06为不合格品。一次加工处理是指：以上列表中任一加工工序完成后，平面度指标无论是否合格，均不进行返工返修。

表3中，经一次加工处理后，还有6片平面度指标超差，见表4。

对表4中6片超差的阀片，再经过一次390℃～400℃装夹回火1小时后，按阀片正常工艺路线，再进行一次加工处理后，只剩下一片超差，见表5。

这一片用反向校平法调整后，平面度为0.05mm，符合技术要求。

表1　阀片平面度允许偏差 单位（mm）

表2　阀片硬度检测记录表（HRC）

表3　不同平面度范围的阀片数量（一次加工处理）

表4　一次加工处理后超差阀片的平面度数值

表5　再次一次性加工处理后的平面度数值

3.分析与讨论

3.1原淬火回火工艺分析

阀片材料是30CrMnSiA，其Ac3，为830℃。原工艺采用多片装卡后淬火，因此，淬火温度确定为900℃～920℃，比正常的加热温度高40℃～60℃；另外，在油中淬火时，阀片的出油温度在80℃以下，比正常的出油温度低了近100℃，因而造成较大的热应力。阀片淬火后获得了混合马氏体组织，因马氏体组织的比容大，故产生了较大的组织应力。由于这两种应力共同作用的结果，将导致阀片产生不均匀的塑性变形，即翘曲变形，这是淬火变形的根本原因。此后，虽然经过440℃～460℃的回火，其内应力得到了一定程度的释放，但仍存在较大的残余应力。故在经过每一道机加工工序后，因几何尺寸的变化，破坏了原先内应力的平衡，结果又引起了新的变形。因此，在实际生产中经常发生这样的情况：即上一道工序平面度合格的产品，经过下一道工序加工后，又出现不合格品。这就是原工艺产生大量废品的真正原因。

由于淬火时会产生较大的内应力，故淬火变形是不可避免的。但是，通过改变淬火方式，尽量减少淬火应力，来减小变形则是可能的。等温淬火就是减小淬火变形的重要方式之一。

3.2等温淬火对金相组织和翘曲变形的影响

阀片在330℃～350℃等温淬火，获得下贝氏体及少量残留奥氏体，在等温淬火时，由于冷却速度低，且下贝氏体的比容较小，热应力和组织应力均很小，故翘曲变形也很小。30CrMnSiA钢是回火脆性敏感的一种钢，采用贝氏体等温淬火来代替获得回火马氏体的淬火和回火处理，将会获得比回火马氏体更高的综合机械性能，显示出下贝氏体组织的明显的优越性，由于等温淬火和随后的回火，使阀片中的内应力更低，因此，在很大程度上消除了变形的根源。这就是为什么本次试验中的阀片，随着机加工工序的进行，不像原工艺一样产生新的翘曲变形，而是像表3所示平面度合格数量逐渐增加，一次加工合格率明显提高的根本原因。

由表4可见，经过一次性机加工工序处理不合格的6片阀片，实际上平面度超差不大，主要是因为下贝氏体的组织稳定，内应力很小。所以，再经一次装夹回火，只剩下一片不合格。这样只需经一次回火返修，合格率就达到96.7%。

4.结论

4.1原工艺的淬火加热温度偏高，淬火出油温度偏低，热应力和组织应力均很大，翘曲变形难以控制，故一次加工处理合格率非常低，且随着机加工各工序的进行，产品内应力平衡不断遭到破坏，进而不断出现新的不合格品。

4.2采用等温淬火工艺后，由于阀片内部组织内应力较小，机加工工序已不能破坏内应力的平衡，且能通过磨削加工，降低平面度误差，故一次加工处理合格率为原工艺的4倍，平面度合格率大幅度提高，达到80%。

4.3一次加工处理后的不合格品，再经过一次装夹回火返修后，总合格率达到96.7%。剩余不合格品，也因平面度超差较小，采用反向校平法也很容易达到合格标准。

［1］贺运初.气阀对往复压缩机主要性能的影响分析［J］.中氮肥，2010（6）：5-7+19.

［2］林祥华.利用正交试验优选热处理工艺［J］.内燃机与配件，2014（2）：21-25.

TG113

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