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内球笼和外球笼统称为球笼，被称作“等速万向节”，是轿车传动系统中的重要部件，其作用是将发动机的动力从变速器传递到两个前车轮，驱动轿车高速行驶。而钟形壳是汽车用等速万向节至关重要的零件之一，它主要由工作部分和联结部分组成，工作部分由内球面及若干沟道组成，联结部分由柄部的台阶面、外花键和外螺纹等组成。

 

在工作过程中，外花键柄部主要承受车辆启动和制动时的扭矩及一定的弯曲载荷，有时还要承受车辆启动和制动时因突然加速和减速所产生的冲击载荷。故其外花键柄部受到的应力主要为弯曲加扭转应力。内腔沟道表面则要承受传动轴传递扭矩时沿周向产生的钢球挤压，以及车辆在转向过程中钢球沿沟道方向运动所产生的磨损。

 

由于钟形壳工作承受极其复杂的交变载荷，为确保外花键齿面具有足够的硬度，外花键柄部具有高的强度、良好的耐冲击韧性和抗疲劳性能；内腔沟道表面具有高硬度、高耐磨性和高接触疲劳极限。钟形壳一般选用渗碳钢，再经过表面渗碳后淬火、回火处理，达到所要求的硬度、强度和韧性等使用性能要求。

 

本文对20CrMnTi内球笼钟形壳在热处理渗碳淬火过程中变形控制办法进行了研究。

 

1.技术条件

0458D型内球笼钟形壳的加工工艺路线为：锻造→正火→粗加工→热处理（渗碳淬火+回火）→精加工→成品。

 

尺寸及技术要求如下：内径￠53.04mm，壁厚8mm，有效硬化层0.8～1.2mm，芯部硬度35～48HRC，椭圆变形0.1mm以内。

检测仪器：洛氏硬度计、显微维氏硬度计、通止规和圆度仪。

 

2.内球笼钟形壳变形控制方法

0458D型内球笼钟形壳内腔沟道在渗碳淬火过程中易产生淬火变形，若变形较大，会影响后续的装配和使用，所以应控制好内球笼钟形壳的变形量。笔者分析机加工、工装、热处理工艺、淬火冷却介质、搅拌方式等都是决定淬火变形的因素，本文着重研究了淬火冷却介质、工艺及机加工对内球笼钟形壳变形的影响。

 

（1）合理选择油品

热处理设备为多用炉，生产初期使用某快速油淬火，超过75%的工件因内腔道变形较大而影响产品质量，笔者通过改变渗碳时间、淬火温度及保温时间、碳势及渗碳时间、油温及搅拌频率等来降低内腔变形量，结果都不理想， 情况是工件变形超标比例为55%，图1为0458D型内球笼钟形壳外观图，图2为钟形壳装炉方式。

众所周知，试样的几何因素是个重要因素。但各企业对拉伸试验的几何尺寸，形状等的规定却存在差别，因此有必要对此进行探讨，便于各生产单位和使用单位之间的相互了解。本文对试样的形状变化、宽度变化、不同平行长度对拉伸试验性能的影响进行了讨论；同时用光弹方法研究了板状样过渡圆弧半径及试样夹持部位等因素对拉伸试验结果的影响。
一、试验材料及实验条件
  试验材料分别为薄板08Al、08F；中厚板X60、A3钢。均经化学成分检验，符合标准要求，加工试样精度符合GB 6397-86 金属拉伸试验试样标准， 要求拉伸试验在 材料试验机上进行。十字头速度恒定为10mm/min；引伸计符合ASTM E83C级要求；标距划线机线间长度误差小于0.1mm；光弹试验在光弹议上进行。
二、试验结果和讨论
 1.试样对拉伸性能的影响
  按照GB/T228-2010 金属拉伸试验标准要求，中厚板既可取保留原表面的板状试样，也可制成棒状试样测试拉伸性能。为表明二者是否存在差异，我们将X60(8mm厚)和A3(10mm厚)钢板分别制成带头板状样和直径为5mm的棒状试样进行实验。采用短比例试样。
  结果表明：两种形状的试验结果是有差异的。棒状试样的应力σ5较板状试样高得多。我们认为原因在于；棒状试样经加工，表面光滑，缺陷少；而板状试样两表面均为直接轧制面，表面缺陷相对多一些。另外，两种试样在拉伸时的应力和应变状态也有差异。棒状试样的派生应力σ2=σ3，ε2=ε3，四周缩变均匀，而板状试样σ2≠σ3，ε2≠ε3，也造成的试验的结果不同。
 2.试样宽度对拉伸结果的影响
  板状拉伸试样的宽度，在其他因素相同的情况下，宽度保准也大不相同。为明确试样宽度对拉伸机械性能的影响。我们分别取08Al冷轧板和08F热轧板进行比较研究。
  试样基本尺寸符合标准要求，固定其他尺寸，变化试样宽度。
  结果表明：在固定标距的情况下，随试样宽度增加，σ0.2或(σs)和σb有下降趋势。我们认为：其原因在于随着试样宽度的增加，派生应力σ2增加，试样由单向拉伸逐渐转向平面应力状态，从而使参加流变的材料逐渐增多之故。
 3.平行长度对板状试样拉伸性能的影响
  一般都认为：平行试样长度越长，材料变形越均匀，伸长率就越大。但在实际工作中得出的结论却并非完全如此。同时平行长度的增大引起试样重量的增加，对材料也是一种浪费，因而需要明确一个范围，在不同 的标准中，我们同样发现平行长度有差异，如有l0+b/2, l0+b, l0+2b, (b为试样的宽度)。为进一步明确平行长度对拉伸试样机械性能的影响，我们用08Al冷轧板研究了这一问题。
  试样尺寸符合标准要求，固定其他尺寸，变化试样平行长度。

微合金化钢是指化学成分规范上明确列入需加入一种或几种碳氮化物形成元素，如GB/T1591-94中Q295-Q460的钢，规定:Nb 0.015~0.06%;V 0.02~0.15%(0.20)%;Ti 0.02~0.20%。有时为了弥补生产厂在装备和工艺技术方面的不完善，在冶炼时添加<0.015%Nb或<0.05%V，<0.02%Ti的非合金钢和低合金钢，称为微处理钢，依加入碳氮化物形成元素种类，习惯上叫作微Nb处理、微Ti处理等等，交货时不要求作该成分的检验。 微合金化 微合金化是一个笼统的概念，通常指在原有主加合金元素的基础上再添加微量的Nb、V、Ti等碳氮物形成元素，或对力学性能有影响、或对耐蚀性、耐热性起有利作用、添加量随微合金化的钢类及品种的不同而异，相对于主加合金元素是微量范围的，如非调质结构钢中一般加入量在0.02-0.06%，在耐热钢和不锈钢中加入量在0.5%左右，而在高温合金中加入量高达1-3%。先有钢的微合金化，那么微合金(化)钢又如何定义呢? 基本属性 微合金化钢首先限定在热轧低碳和超低碳的圈子里，此外还有几个公认的基本属性: ① 添加的碳氮化物形成元素，在钢的加热和冷却过程中通过溶解一析出行为对钢的力学性能发挥作用。 ② 这些元素加入量很少，钢的强化机制主要是细化晶粒和沉淀硬化。 ③ 钢的控轧控冷工艺对微合金化钢有重要意义，也是微合金化钢叫做新型低合金高强度的依据。钢的微合金化和控轧控冷技术相辅相成，是微合金化钢设计和生产的重要前提。 处理办法 微处理可有效地提高16Mn原规格钢板、20MnSi大规格螺纹钢筋的屈服强度约10-20Mpa，改善A、B级一般强度板和X42-X46级管线钢的低温韧性，还可使16Mnq、15MnVNq桥梁钢板的时效敏感比降低或。据不完全统计，1998年我国微合金化钢的产量为346万吨，占年全低合金高强度钢总产量55.1%。微处理钢(主要是Nb处理和Ti处理，还包括稀土处理钢在内)产量大致也在300万吨左右。 近20年来，世界钢铁工业富活力和创造性进展，莫过于低合金高强度钢生产装备和工艺技术前所未有的变革，几乎使低合金高强度钢的所有品种领域更新了一代，甚至两代。微合金化钢属于低合金高强度钢范畴，或者说是新型的低合金高强度钢。 我国80年代以来的钢材生产及近年的钢材品种结构调整同样表明了: ① 低合金高强度钢的新发展，借助了钢铁生产工艺技术的一切进步和 成就。 ② 低合金高强度钢的产量大，使用面广，适应了方方面面特殊性能要求，支持了各行各业产品的升级，增加了我国的机电产品和成套装备生产的竞争力。 ③ 微合金化带动了我国富有合金资源的生产和综合利用，微合金化钢生产促进了钢铁企业结构调整和流程优化。 所以，形成了一个崭新的观点，发展微合金化钢就是抓住了基础原材料工业发展的关键，通过变资源优势为产品优势，是实现钢铁强国目标的重要一环。 发展方向 首先看看市场对微合金钢提出了什么样的要求，在"九五"期初根据对石油天然气、铁道、交通、船舶、建设、电力、煤炭、石化及机械制造等9个行业的需求的调查，17个主要钢材品种2000年的需求量为2276万吨，国内有能力提供约2000万吨，各品种的市场占有率在50~，平均为88%，因此提出以产顶进，每年减少进口200万吨的目标。从这一统计得知，主要微合金化钢基本上靠自给，微合金化钢根据市场需求，不断开发、不断进取，可以满足日益增长的需求。