浅析强力螺栓滚丝轮高频炉热处理工艺

滚丝轮是加工（螺栓）螺纹的工具，刀具材料为Cr12MoV钢。滚丝轮高频炉热处理后不再加工，其技术要求严格。滚丝轮除要求高强度、高硬度和高耐磨性外，还要求螺纹表面粗糙度低和刀具变形微小。一级精度螺纹表面粗糙度值R不高于0.40um，外径径向圆跳动≤0.03mm；宽度≤50mm时，中径和外径的变形量≤0.04mm， 宽度>50mm时，变形量≤0.05mm。滚丝轮高频炉热处理后工件硬度为59-62HRC。生产中发现，滚丝轮经高频炉加热处理后，时常出现牙面磨损剥落现象，以及发生崩牙、倒牙失效破坏，造成工件报废。为此，对失效滚丝轮进行了检验和分析，并提出了工艺改进措施，取得了良好效果，并应用于生产中。

检验发现，滚丝轮断裂件金相组织中残留奥氏体量过多，体积分数达35%，因而使滚丝轮强度硬度不足，导致工件过早失效。滚丝轮在高频炉热处理加工螺纹时，其崩牙部位均在与螺栓接触的第一圈螺纹处，且大多崩牙出现在动轮上。Cr12MoV钢属于莱氏体钢，其缺点是碳化物偏析较严重，其材料性能随碳化物分布不同变化较大；若滚丝轮高频炉热处理工艺操作不良，易出现磨损剥落和倒牙、崩牙失效破坏。倒牙多由于工件牙齿强度不足，脱碳或硬度低所致；而崩牙大多数是因为滚丝轮牙部韧性低、硬度过高以及端面圆跳动量过大造成的。分认为，要提高滚丝轮力学性能和工作寿命，必须提高其牙齿的强度和韧性。一方面要减少工件中的残留奥氏体量，同时采用提高滚丝轮强度和韧性的高频炉热处理工艺。生产试验和实践表明，滚丝轮（Cr12MoV钢）加热温度越高，保温时间长，则溶入奥氏体中的碳与合金元素越多，加热后工件马氏体强度也越高。另一方面，减少Cr12MoV钢在奥氏体稳定区的停留时间（540℃），有助于减少奥氏体稳定化，Cr12MoV钢在260℃停留一段时间，可提高其工件的冲击韧度。

综上分析，提出了Cr12MoV钢滚丝轮改进高频炉热处理工艺。经该工艺处理后，滚丝轮硬度为61-62HRC。生产应用表明，最高使用寿命达4.18万件，为传统工艺工件的5倍多，滚丝轮平均使用寿命达3万件以上，约为原工艺滚丝轮工作寿命的4倍左右，其技术经济效益显著。生产中应当注意的是，滚丝轮刀具加热中应严格防止氧化脱碳缺陷。较好采用高频炉热处理，或者采用可控气氛热处理或其他保护措施加热，以免刀具出现氧化脱碳缺陷使其耐磨性下降，从而导致其工作寿命下降。