大型礦用挖掘機(jī)推壓軸鍛件熱處理工藝的優(yōu)化

李宏柏 翟小鐵 牛玉溫 張 蕓 王旭穎

(太原重工股份有限公司大鍛件分公司,山西 030024)

推壓軸是大型礦用挖掘機(jī)上的關(guān)鍵零件，制造材料為40CrNi2Mo。雖然40CrNi2Mo鋼熱處理后的材料強(qiáng)度高，綜合力學(xué)性能好，但由于電鏟的工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常導(dǎo)致推壓軸早期失效。我公司經(jīng)過(guò)若干年的經(jīng)驗(yàn)積累，探索出了推壓軸鍛件制造方法，但推壓軸鍛件熱處理后的綜合力學(xué)性能不穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率較低。本文針對(duì)該問(wèn)題對(duì)推壓軸鍛件的熱處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，提高了產(chǎn)品的合格率。

1 推壓軸制造工藝路線及技術(shù)要求

40CrNi2Mo材料推壓軸的調(diào)質(zhì)前粗加工圖見圖1，化學(xué)成分見表1，技術(shù)要求見表2。

推壓軸的制造工序?yàn)椋簾掍摗懺臁旨庸ぁ{(diào)質(zhì)熱處理→半精加工。

2 原熱處理工藝及結(jié)果分析

2.1 原熱處理工藝

原工藝淬火溫度840℃，保溫3.5 h，油冷。工藝曲線見圖2。

表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%) Table 1 Chemical composition (mass fraction,%)

表2 技術(shù)要求Table 2 Technical Requirement

圖1 推壓軸調(diào)質(zhì)前粗加工圖Figure 1 Rough machining drawing of push shaft of electric shovel before tempering and puenching

圖2 原熱處理工藝主要參數(shù)Figure 2 The main parameters of the original heat treatment process

圖3 優(yōu)化后的熱處理工藝Figure 3 Heat treatment process after optimization

爐號(hào)Re /MPaRm/ MPaA5(%)Z(%)Akv(-40℃)/JHBW10-3-1810-2-4310-2-4210-2-4410-2-2110-3-269109008809059359301 0401 0101 0001 0201 03095012.5111213141746.53955.561615316.51216242626341335288316313278

表4 40CrNi2Mo材料實(shí)際化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 4 Actual chemical composition of 40CrNi2Mo (mass fraction,%)

按照?qǐng)D2的熱處理工藝在井式爐中處理了6件推壓軸，結(jié)果只有1件合格，其余5件性能都不滿足技術(shù)要求。具體檢驗(yàn)結(jié)果見表3。

2.2 不合格原因分析

表4為40CrNi2Mo材料的實(shí)際化學(xué)成分。由表4可以看出，材料的實(shí)際化學(xué)成分滿足技術(shù)要求，材料的偏析程度小，從而排除了化學(xué)成分對(duì)熱處理性能的影響。材料的各項(xiàng)性能達(dá)不到技術(shù)要求，說(shuō)明材料沒有充分的淬透，材料的熱處理工藝不合理。

3 工藝優(yōu)化

為了使工件的力學(xué)性能達(dá)到要求，對(duì)原熱處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的工藝見圖3。在加熱過(guò)程中，將淬火保溫時(shí)間延長(zhǎng)30 min，使工件心部溫度達(dá)到加熱溫度，并完成奧氏體充分轉(zhuǎn)變。鋼中奧氏體的轉(zhuǎn)變一般由形核、核的長(zhǎng)大、碳化物的溶解和成分均勻化這幾個(gè)步驟完成。這個(gè)過(guò)程是鐵、碳和合金的擴(kuò)散過(guò)程，所以需要一定的時(shí)間，時(shí)間越長(zhǎng)這個(gè)過(guò)程進(jìn)行的越完全。但是淬火保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成晶粒度粗大，反而對(duì)鍛件的性能不利。根據(jù)有關(guān)資料介紹，保溫時(shí)間按鍛件有效截面來(lái)計(jì)算，對(duì)于40CrNi2Mo材料來(lái)說(shuō)，淬火保溫時(shí)間按每100 mm 保溫(48～60)min計(jì)算，將淬火保溫時(shí)間由原來(lái)的3.5 h增至4 h。

表5 優(yōu)化工藝處理后的力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果Table 5 Mechanical properties after optimizing treatment process

鋼的性能主要取決于鋼的組織和結(jié)構(gòu)，而鋼的組織和結(jié)構(gòu)取決于淬火冷卻方式。原熱處理工藝采用油冷，不能使鍛件心部的組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w和馬氏體，應(yīng)改變冷卻方式以增大心部的冷卻速度。由于40CrNi2Mo材料淬透性非常好，如果直接采用水冷又會(huì)增加鍛件的開裂傾向。為了充分發(fā)揮水冷和油冷的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化后的淬火工藝采用水淬油冷的冷卻方式。為了減小淬火時(shí)的應(yīng)力，防止工件淬火時(shí)開裂，在水淬油冷之前先將工件空冷(0.67～1) min。

按照優(yōu)化后的熱處理工藝處理了4件推壓軸，其性能全部達(dá)到技術(shù)要求，具體數(shù)據(jù)見表5。

4 結(jié)論

材料為40CrNi2Mo的大型礦用挖掘機(jī)推壓軸鍛件，采用水淬油冷的熱處理工藝能獲得良好的綜合力學(xué)性能，在很大程度上提高了電鏟推壓軸的使用壽命。

[1] 康大韜，葉國(guó)斌.大型鍛件材料及熱處理.北京：龍門書局出版社，1998.

[2] 王興齊. 電鏟用軌道的典型熱處理工藝.大型鑄鍛件，2008 .(4).

[3] 安云掙. 熱處理工藝學(xué). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.