低碳馬氏體在Y27工作臺(tái)上的應(yīng)用

陳貴清

(重慶三峽職業(yè)學(xué)院 重慶 404002)

Y27系列液壓機(jī)產(chǎn)品工作臺(tái)是用Q235A焊接而成的結(jié)構(gòu)件，由于Q235A鋼屬于低碳普通結(jié)構(gòu)鋼，其強(qiáng)度低，表面抗接觸應(yīng)力低。以前生產(chǎn)的產(chǎn)品用戶在使用過程中出現(xiàn)了在工作臺(tái)表面換模時(shí)將工作臺(tái)表面碰傷，有些模具接觸面積過小而贊成工作臺(tái)面有嚴(yán)重的壓塌現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的使用精度。因此提出了提高工作面強(qiáng)度的要求。

1 試驗(yàn)方法

（1）方案的確定。為提高大平面Y27系列液壓機(jī)產(chǎn)品工作臺(tái)的表面強(qiáng)度，最初的設(shè)計(jì)方案有：①工作臺(tái)面材料采用35鋼；②對(duì)Q235A工作臺(tái)表面進(jìn)行擠壓強(qiáng)化加工。通過分析和了解35鋼供貨狀態(tài)材料的硬度也只有170HB左右，并且市場(chǎng)上采購(gòu)價(jià)格遠(yuǎn)高于Q235A較多，采購(gòu)?fù)緩诫y于Q235A，焊接性能也低于Q235A；而表面擠壓工藝雖然能提高表面硬度20~30HB，但在公司目前設(shè)備上無法有效進(jìn)行實(shí)施。在這種情況下我們提出對(duì)工作臺(tái)表面進(jìn)行淬火強(qiáng)化處理工藝方案。根據(jù)Q235A材料的化學(xué)成分和生產(chǎn)特點(diǎn)，我們提出幾套熱處理工藝方案，通過工藝對(duì)比分析得出表面淬火加熱溫度在950℃左右，直接進(jìn)行噴水淬火效果較好，工件得到的表面硬度在280HB以上。在表面熱處理時(shí)有效控制表面比功率，延長(zhǎng)加熱時(shí)間，使工件加熱深度提高的辦法提高工件的淬火深度，達(dá)到提高工件表面強(qiáng)化深度，增加表面抗壓能力的要求。

（2）工藝試驗(yàn)。Q235A鋼是普通碳素結(jié)構(gòu)件，其化學(xué)成分中碳含量在0.14%~0.22%之間，相當(dāng)于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)件15或20號(hào)鋼的碳含量，其在完全奧氏體化后進(jìn)行完全淬火，硬度值理論上可達(dá)到35HRC左右。由于低碳鋼淬透性較差，端淬試驗(yàn)表明，其臨界直徑在10~15mm，如果進(jìn)行表面處理其淬硬層深度一般不超過5mm，正常處理時(shí)表面硬度應(yīng)在270~300HB之間。Q235A的Ac3在855~860℃左右，正常淬火溫度應(yīng)在900℃左右，表面淬火溫度可取920~950℃。工藝試驗(yàn)時(shí)選用Φ30直徑Q235A棒料，長(zhǎng)度為200mm，在GP-100上進(jìn)行連續(xù)加熱淬火，采用自身噴水式連續(xù)淬火感應(yīng)器，淬火介質(zhì)選用淬火用水，淬火溫度選擇在920~950℃之間，多次試驗(yàn)淬火后硬度范圍均在28~34HRC之間。

（3）生產(chǎn)試驗(yàn)。由于Y27系列工作臺(tái)板面較大，不可能一次同時(shí)加熱淬火，生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)中采用的設(shè)備是SSF-80型超音頻設(shè)備，頻率為10~40kHz,感應(yīng)器為雙回線平面連續(xù)淬火感應(yīng)圈，如圖所示，圖中上邊的導(dǎo)體起預(yù)熱作用，下邊的導(dǎo)體起加熱和噴水作用，由于雙回線導(dǎo)體中，高頻電流方向相反，平面上的感應(yīng)電流也是相反的，為提高感應(yīng)加熱效果，在加熱圈上安裝導(dǎo)磁體以提高加熱效果。通過工藝試驗(yàn)使工作溫度達(dá)到920~950℃，淬火后檢測(cè)產(chǎn)品表面硬度可穩(wěn)定保持在28~32HRC，完全達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果分析

在雙回線平面連續(xù)淬火感應(yīng)圈中，由于雙回線導(dǎo)體的高頻電流方向相反，平面上的感應(yīng)電流也是相反的，所以兩個(gè)導(dǎo)體的間距不能太近，太近了會(huì)使兩導(dǎo)體產(chǎn)生的渦流相互削弱，也不能太大，大了預(yù)熱的效果會(huì)降低。按資料介紹一般間距選在感應(yīng)器與工件間距的5倍左右，淬火時(shí)感應(yīng)器與工件間距一般選2~3mm,兩回線間距選擇為12mm，為提高感應(yīng)加熱的導(dǎo)磁效果，在加熱圈上安裝導(dǎo)磁體以提高加熱效果。加熱導(dǎo)體兼作噴水圈用，在相對(duì)工件面的下方并排鉆ф2通孔。由于工作臺(tái)平面大，需要經(jīng)過多次并排重復(fù)淬火，為防止第二輪淬火時(shí)對(duì)第一條淬火帶造成回火，在感應(yīng)器的兩邊上也鉆孔噴水孔進(jìn)行噴水處理防止回火。為減少兩個(gè)淬火帶中間的軟帶區(qū)域?qū)挾龋瑑蓚€(gè)淬火帶的間距控制在5mm以內(nèi)。

低碳馬氏體是淬火時(shí)馬氏體中碳當(dāng)量較低的板條馬氏體組織，可通過低碳鋼經(jīng)急冷淬火或中高碳鋼在部分奧氏體化后得到。由于在過去的認(rèn)識(shí)中人們認(rèn)為低碳鋼淬不硬，不能進(jìn)行強(qiáng)化處理，也因此說不能進(jìn)行淬火強(qiáng)化，所以在生產(chǎn)中根本不使用。但從金屬學(xué)原理上講,低碳鋼通過淬火是可以強(qiáng)化的，其熱處理工藝為將工件加熱到920~950℃時(shí),使用冷卻能力較大的冷卻介質(zhì)進(jìn)行淬火處理，隨后根據(jù)需要可進(jìn)行回火或自回火處理。資料介紹由于低碳鋼的臨界淬火速度很大，要求進(jìn)行強(qiáng)烈冷卻，淬火介質(zhì)一般建議選用10%~15%的NaOH水溶液或10%的NaCl水溶液，而對(duì)表面淬火因采用的是噴射冷卻，因此選用普通淬火用水也能達(dá)到一樣的效果。

低碳鋼經(jīng)過淬火和低溫回火后可以得到的低碳板條狀馬氏體的機(jī)械性能兼有高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性等綜合機(jī)械性能，同時(shí)還有低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。在靜止載荷，疲勞及多次沖擊載荷下，其缺口敏感性及過載敏感性都較低，并且還具有低的疲勞缺口敏感度，低碳馬氏體有高的多次抗沖擊能力，其多次沖擊抗能力優(yōu)于中碳鋼調(diào)質(zhì)。在工藝性能方面，它保持了低碳鋼所固有的優(yōu)良的冷成型性和焊接性，最小的脫碳傾向性能，淬火變形及開裂傾向都小，而且具有較好的抗磨損性能。低碳馬氏體鋼以淬火加低溫回火代替?zhèn)鹘y(tǒng)的中碳鋼調(diào)質(zhì)工藝已得到了很多方面的應(yīng)用，其某些性能還高于中碳鋼調(diào)質(zhì)處理。

3 結(jié)語

通過工藝實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)論，Q235A鋼雖然是普通碳素結(jié)構(gòu)件，其碳含量只在0.14%~0.22%之間，但也是可以通過淬火進(jìn)行表面強(qiáng)化處理的，其正常處理時(shí)表面硬度在280~300HB之間。從2007年起，已處理了多臺(tái)Y27系列產(chǎn)品工作臺(tái)，在用戶處反映良好，目前該技術(shù)已在所有機(jī)型上進(jìn)行使用。

改進(jìn)建議：根據(jù)低碳馬氏體具有強(qiáng)韌性的原理，我們?cè)诖慊鸷笪催M(jìn)行專門的回火處理，而是采用的自回火的辦法。但由于低碳馬氏體淬火后仍存在內(nèi)應(yīng)力，其第二類應(yīng)力可達(dá)50~60MPa，會(huì)產(chǎn)生組織不良，當(dāng)工件形狀不佳時(shí)，其應(yīng)力仍可導(dǎo)致工件產(chǎn)生變形。所以建議對(duì)精度要求高及產(chǎn)品復(fù)雜的零件應(yīng)進(jìn)行回火處理；在淬火過程中嚴(yán)格按工藝進(jìn)行保證淬火質(zhì)量，在大面積的淬火過程中嚴(yán)格控制淬火交接帶及淬火重疊問題，控制軟帶的寬度。