鋸片高頻淬火工藝參數(shù)分析與優(yōu)化

周貴花，呂傳偉，徐永波，喬廷剛

（萊蕪鋼鐵股份有限公司 型鋼廠，山東 萊蕪271126）

鋸片高頻淬火工藝參數(shù)分析與優(yōu)化

周貴花，呂傳偉，徐永波，喬廷剛

（萊蕪鋼鐵股份有限公司 型鋼廠，山東 萊蕪271126）

為提高鋸片使用壽命，根據(jù)鋸片的材質(zhì)、厚度及使用要求，通過分析及試驗(yàn)選擇了影響鋸片硬度的高頻淬火工藝參數(shù)：加熱溫度，冷鋸810～850℃，熱鋸790～830℃；電位值，冷鋸580 V，熱鋸730 V；工件和感應(yīng)器間的間隙距離3mm；電流頻率85 kHz。處理工藝優(yōu)化改進(jìn)后，冷鋸鋸片平均使用次數(shù)提高了127次，熱鋸鋸片提高了109次。

鋸片；高頻淬火；工藝參數(shù)；感應(yīng)加熱溫度

1 前言

萊鋼型鋼廠主要產(chǎn)品為H型鋼、工字鋼、槽鋼等，是連鑄—熱送—熱裝—連軋—冷卻—矯直—成品定尺—打捆生產(chǎn)線。在工藝流程中有5臺(tái)鋸：1臺(tái)切頭鋸，用于粗軋后軋件切頭，以便于精軋機(jī)咬入；2臺(tái)熱鋸，1#熱鋸用于軋件分?jǐn)?、取樣?#熱鋸用于精軋后軋件切頭，以便于矯直機(jī)咬入；2臺(tái)冷鋸，共同用于矯直后軋件的精確定尺分段。隨著產(chǎn)能的提高，鋸片的消耗呈現(xiàn)大幅上升趨勢(shì)，鋸片的更換周期不斷縮短，有時(shí)甚至達(dá)到每班更換3次，大大影響了作業(yè)率，制約了產(chǎn)能的攀升。為此，探討改進(jìn)鋸片高頻淬火工藝以延長(zhǎng)鋸片使用壽命。

2 鋸片淬火工藝參數(shù)選擇［1］

高頻淬火就是利用高頻感應(yīng)電流使工件表面很快加熱到淬火溫度，然后用水或油噴射冷卻的一種熱處理方法。高頻淬火的特點(diǎn)是加熱速度快、淬火組織細(xì)、硬度高、耐磨性好、表面變形小、淬硬層深度容易控制、生產(chǎn)率高等。

采用GC0185淬火機(jī)床，基本性能參數(shù)如下：主軸旋轉(zhuǎn)速度5～15min/r，預(yù)熱及噴淋延遲時(shí)間允許設(shè)定范圍均為0～99.9 s，加工工件直徑允許設(shè)定范圍0～1 999mm。

鋸片的硬度和耐磨性成正相關(guān)關(guān)系，硬度值對(duì)鋸片的使用壽命起著決定作用，合適的硬度值能提高鋸片的使用壽命。影響鋸片淬火硬度的主要技術(shù)參數(shù)包括：淬火溫度、電流頻率、加熱速度、間隙距離、冷卻時(shí)間、電位值。

1）鋸片淬火溫度。感應(yīng)加熱的溫度應(yīng)根據(jù)鋼種、原始組織及在相邊區(qū)間的加熱速度來確定。采用感應(yīng)加熱時(shí)，在較寬的溫度范圍內(nèi)均可得到良好的組織。因此，可在固定電參數(shù)的情況下，選用不同的加熱時(shí)間（或在選用不變的加熱時(shí)間下，選用不同的比功率）來調(diào)節(jié)淬硬層的深度。

萊鋼型鋼廠鋸片材質(zhì)為65Mn，參考文獻(xiàn)［1］選擇冷鋸鋸片感應(yīng)淬火加熱溫度為810～850℃，熱鋸鋸片感應(yīng)淬火加熱溫度為790～830℃。零件表面的硬化層深度需根據(jù)零件的服役條件來確定，冷鋸鋸片硬化層深度在2.0~6.5mm，硬度值要求一般在HRC 55~63，可取下限；熱鋸鋸片硬化層深度一般在1～2mm，硬度值要求HRC 55~63，可取上限。

2）電流頻率。電流頻率是感應(yīng)加熱的主要工藝參數(shù)，需根據(jù)要求的硬化層深度來確定，為了提高生產(chǎn)率，要求加熱的熱透入深度大于淬硬層深度，即全部采用電磁感應(yīng)加熱，而不采用傳導(dǎo)加熱。當(dāng)工件截面很小時(shí)，頻率選高些。鋸片淬硬層深度為2mm，厚度為10mm或11mm，所以最佳電流頻率為20～600 kHz，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際選擇為85 kHz。

3）加熱速度。在進(jìn)行一定深度的表面加熱時(shí)，應(yīng)該力求用渦流“透入式加熱”。加熱速度應(yīng)能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到規(guī)定的加熱深度。根據(jù)淬硬層深度選擇加熱時(shí)間為1.5 s，比功率（ρ）為1.7。鋸片淬火屬于連續(xù)加熱淬火，可以通過改變工件與感應(yīng)器的相對(duì)移動(dòng)速度來改變加熱時(shí)間。

4）間隙距離。在實(shí)際生產(chǎn)中，多數(shù)情況是設(shè)備頻率過高，采用如下方法保證在表面不過熱條件下獲得較深的加熱層：降低比功率，延長(zhǎng)加熱時(shí)間；增加工件和感應(yīng)器間的間隙（3mm），延長(zhǎng)加熱時(shí)間；同時(shí)加熱時(shí)采用斷續(xù)加熱法，增加熱傳導(dǎo)時(shí)間；進(jìn)行預(yù)熱，在爐中預(yù)熱到600～700℃后再移到感應(yīng)器中進(jìn)行最后加熱。

5）冷卻時(shí)間。為避免產(chǎn)生淬火裂紋，必須嚴(yán)格控制冷卻時(shí)間，使工件既能獲得足夠的表面硬度，又不冷透，并能利用工件內(nèi)部殘存的熱量進(jìn)行210～240℃自回火。連續(xù)淬火時(shí)，可通過調(diào)整感應(yīng)器與工件的相對(duì)移動(dòng)速度、間隙、噴水孔與工件軸向的夾角改變工件的預(yù)冷時(shí)間。在單獨(dú)設(shè)置噴水圈時(shí)，通過改變其與感應(yīng)器的距離，就可達(dá)到預(yù)期的預(yù)冷時(shí)間。鋸片淬火加熱速度冷鋸鋸片為700℃/s、熱鋸鋸片680℃/s，所以冷卻速度為660℃/s或440℃/s。

6）電位值。當(dāng)加熱層深度為熱態(tài)電流透入深度的40%～50%時(shí)，加熱的總效率（包括電效率和熱效率）最高。比功率確定后，感應(yīng)加熱設(shè)備的額定功率可由下式算出：

式中：F為一次淬火加熱的面積；ηt為淬火變壓器效率，一般取0.7～0.8；ηi為淬火感應(yīng)器效率，一般取0.7～0.85。在電流頻率不變的情況下，冷鋸鋸片感應(yīng)淬火加熱溫度選擇810～850℃，工件和感應(yīng)器間的間隙距離3mm，對(duì)應(yīng)不同的電位值進(jìn)行淬火試驗(yàn)，并對(duì)鋸片實(shí)際使用壽命進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，選定冷鋸鋸片淬火的電位值為580 V，熱鋸鋸片淬火處理電位值為730 V。

3 處理效果

通過分析影響鋸片硬度的各項(xiàng)參數(shù)，找出了淬火參數(shù)合理配置的規(guī)律，保證了鋸片的淬火深度、淬火硬度，從而保證鋸片具有良好的耐磨性，有效提高了鋸片的使用壽命。以消耗量較大的冷鋸鋸片為例，工藝改進(jìn)前電位值偏低（560～570 V），加熱溫度波動(dòng)大（820～870℃），工件和感應(yīng)器間的間隙距離大（4mm）。優(yōu)化改進(jìn)后，試驗(yàn)確定的電位值為580 V，加熱溫度830～850℃，工件和感應(yīng)器間的間隙距離縮短為3mm，電流頻率85 kHz。工藝改進(jìn)前后冷鋸鋸片的使用壽命對(duì)比見表1。

表1 淬火工藝改進(jìn)前后冷鋸鋸片使用壽命對(duì)比

統(tǒng)計(jì)表明，淬火工藝改進(jìn)后冷鋸鋸片使用次數(shù)平均提高了127次，磨損面積降低了1.6m2，提高了鋸片的使用頻次，鋸片消耗量降低了17.7%；熱鋸鋸片的平均使用次數(shù)增加了109次。鋸片使用壽命的提高，減少了更換鋸片的頻次，提高了生產(chǎn)率，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益為131.52萬元。工藝改進(jìn)后，鋸切飛邊、毛刺現(xiàn)象明顯減少，外觀質(zhì)量有了較大提高。

［1］ 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)《熱處理手冊(cè)》編委會(huì).熱處理手冊(cè)（第1卷）工藝基礎(chǔ)［M］.3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

TG156.33

B

1004-4620（2011）04-0070-02

2010-11-23

周貴花，女，1976年生，1998年畢業(yè)于上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院液壓技術(shù)應(yīng)用專業(yè)?，F(xiàn)為萊鋼型鋼廠機(jī)動(dòng)科機(jī)械區(qū)域工程師，從事設(shè)備管理工作。