淺議油缸熱處理質(zhì)量控制

李保中

(西山煤電(集團(tuán))公司 礦用設(shè)備修造廠，山西 太原 030053)

礦用液壓支柱材料一般采用薄壁管材，具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性和高疲勞極限等要求，其原材料一般采用27SiMn，其熱處理工藝采用中頻感應(yīng)加熱的方法，通過嚴(yán)格控制加熱溫度和冷卻方法達(dá)到淬火目的，使工件表面獲得具有高硬度的馬氏體組織，而心部仍然保持韌性和塑性較好的原來組織，其具有工藝簡單，工件畸變小，氧化脫碳少，生產(chǎn)率高，節(jié)能環(huán)保，可實現(xiàn)快速處理，工藝過程容易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化等一系列優(yōu)點。

西山煤電(集團(tuán))公司礦用設(shè)備修造廠液壓支柱熱處理工藝流程：上料機(jī)自動上料，將定尺后的原材料自動推入中頻淬火感應(yīng)爐，經(jīng)3 min加熱，達(dá)到一定溫度后，自動推出淬火感應(yīng)爐，直接送入噴淋校直機(jī)構(gòu)，經(jīng)快速旋轉(zhuǎn)冷卻校直后，自動推入中頻感應(yīng)回火爐進(jìn)行加熱回火，6 min后將處理過的原材料推入保溫箱進(jìn)行慢速降溫至常溫。

液壓支柱材料調(diào)質(zhì)處理分為感應(yīng)淬火和回火兩個過程。影響感應(yīng)淬火的因素通常包括熱參數(shù)和電參數(shù)兩類，熱參數(shù)主要為感應(yīng)加熱溫度、加熱時間及加熱速度等；電參數(shù)有設(shè)備頻率、比功率、陽極電壓、槽路電壓及柵極電流等。在實際感應(yīng)加熱過程中，通常采用調(diào)整電參數(shù)來合理控制熱參數(shù)，以保證工件感應(yīng)淬火的質(zhì)量。下面以該廠礦用單體液壓支柱油缸料為例分析熱處理質(zhì)量的控制。

油缸料調(diào)質(zhì)處理的質(zhì)量缺陷，會降低油缸的整體機(jī)械性能，增加鏜削加工難度，降低液壓支柱的使用壽命，給采礦工作帶來一定的安全風(fēng)險，所以提高材料調(diào)質(zhì)質(zhì)量極其重要。油缸的感應(yīng)淬火由于加熱速度快，時間短，加熱溫度難以控制，又是表面局部淬火，質(zhì)量控制和穩(wěn)定更為困難。油缸感應(yīng)淬火常見的缺陷主要是硬度不足、軟點、軟帶、硬度不均勻等。

1 油缸感應(yīng)加熱質(zhì)量的控制

油缸料表面感應(yīng)淬火，其加熱質(zhì)量對淬硬層深度及精度、淬硬層組織等有著重要影響。然而，影響感應(yīng)加熱質(zhì)量的因素較為復(fù)雜，如感應(yīng)加熱設(shè)備、感應(yīng)加熱的電參數(shù)、感應(yīng)器結(jié)構(gòu)、加熱溫度以及操作技術(shù)等。

1) 感應(yīng)加熱設(shè)備的選擇。應(yīng)根據(jù)油缸圖紙技術(shù)要求選擇合適的感應(yīng)加熱設(shè)備。油缸原材料外徑114 mm，內(nèi)徑95 mm，壁厚9.5 mm，料長1 050 mm。為保證淬硬區(qū)深度和長度，感應(yīng)器長度應(yīng)比工件分別長出4～6 mm，所以選擇感應(yīng)器長度不低于1 060 mm,實際爐體考慮到殼體及冷卻管布置尺寸，選擇爐體長度為1 200 mm；感應(yīng)器與工件之間的，間隙越小，電效率越高，通常間隙低于5 mm，但考慮到淬硬深度以及缸料軌道的因素，單邊間隙定為8 mm，所以，實際選擇直徑為130 mm；感應(yīng)圈橫截面選擇圓環(huán)形，感應(yīng)圈匯流排間隙一般選擇1.5～3.0 mm，過大的間隙導(dǎo)致電損耗增大。

2) 頻率的選擇。電流頻率是感應(yīng)加熱的主要工藝參數(shù)，電流頻率可以通過計算確定。根據(jù)油缸料要求，淬硬層厚度為9.5 mm，直徑為d114 mm，選擇電流頻率為1 000 Hz。

3) 比功率的選擇。感應(yīng)淬火時，只有設(shè)備的輸出功率滿足一定的加熱速度，才能達(dá)到其目的。感應(yīng)加熱速度取決于零件被加熱表面單位面積上的功率，即比功率(kW/cm2),比功率越大，其加熱速度越快。通常比功率與淬硬層深度、加熱面積及原始組織有關(guān)，即淬硬層較深、面積較大、原始組織較細(xì)，比功率可小些；反之應(yīng)選擇較大的比功率。根據(jù)所選電頻率及硬層厚度參數(shù)，選擇比功率為0.8 kW/cm2比較適宜。

4) 感應(yīng)加熱溫度的選擇。在設(shè)備、電參數(shù)、感應(yīng)器均已確定時，根據(jù)油缸料使用要求選擇表面淬火溫度，這是一個重要參數(shù)。礦用單體液壓支柱油缸要求的硬度值為HB260-290，在一定的加熱速度下，調(diào)整合適溫度可獲得適當(dāng)?shù)挠捕?，以提高工件的耐磨性，獲得硬度和韌性兼優(yōu)的工件。對于27SiMn薄壁管材，淬火溫度調(diào)為900℃±30℃，回火溫度調(diào)至580℃±50℃可獲得較好機(jī)械性能，能夠獲得合適的硬度要求。感應(yīng)加熱淬火和回火溫度可通過調(diào)節(jié)電參數(shù)來控制。

5) 油缸原料的控制。將定尺油缸材料表面鐵渣清除干凈，否則鐵屑落入感應(yīng)器會擊穿感應(yīng)器或擊傷工件。去除原料表面的毛刺，否則會碰傷感應(yīng)器或啃壞不銹鋼軌道，導(dǎo)致感應(yīng)器與油缸料淬火間隙不均勻，影響油缸淬火質(zhì)量。

6) 操作過程控制。 操作者每班工作前應(yīng)用壓縮氣吹掉感應(yīng)爐內(nèi)鐵屑，避免因鐵屑落入感應(yīng)爐絕熱體縫隙，擊穿感應(yīng)圈或擊傷油缸件。

2 感應(yīng)熱處理常見缺陷的控制

1) 加熱不均勻。感應(yīng)器軌道變形，油缸料與感應(yīng)器間隙不均勻，使油缸受熱不均勻，因此，應(yīng)校正軌道后再加熱。爐體內(nèi)鐵渣等殘留物，黏結(jié)在爐膛內(nèi)，改變感應(yīng)器在油缸料上產(chǎn)生的交變感應(yīng)電流分布，產(chǎn)生加熱不均勻，所以，要經(jīng)常清理爐體內(nèi)殘渣。

2) 硬度不足。在比功率、加熱時間、感應(yīng)器與油缸間隙調(diào)整固定的情況下，從加熱完畢到油缸冷卻的時間，是影響油缸硬度的重要因素，冷卻時間過短，冷卻過于劇烈，會產(chǎn)生淬火裂紋。噴淋水供給量不足或噴水壓力小，冷卻速度慢，導(dǎo)致淬火組織中出現(xiàn)托氏體等非馬氏體。所以，操作者應(yīng)經(jīng)常檢查冷卻噴淋系統(tǒng)，觀察水壓和流量變化，清理噴淋孔隙，避免被堵塞，經(jīng)常清理過濾裝置，更換濾芯，保持冷卻水暢通，壓力穩(wěn)定，保證油缸件能夠得到快速冷卻。

3) 淬火變形。感應(yīng)淬火變形多數(shù)情況屬于熱應(yīng)力型翹曲變形。為減小變形，在冷卻時，使工件邊冷卻邊旋轉(zhuǎn)，并且加壓力校直，可獲得合適的直線度要求。所以，操作者要經(jīng)常檢查液壓系統(tǒng)壓力變化情況，壓力變小，會導(dǎo)致校直輥壓力不足，校直效果下降，工件變形大，無法后續(xù)加工；壓力過大，校直過程振動太大，設(shè)備磨損嚴(yán)重，也會導(dǎo)致油缸件直線度公差偏大，操作者還要經(jīng)常檢查校直輥磨損情況，如果磨損超標(biāo)或校直輥磨損不均勻，就需要更換或修理校直輥。

4) 軟點和軟帶。產(chǎn)生軟點往往是由于噴水孔堵塞或噴水孔太稀造成的。因此，要求水質(zhì)要干凈并定期清理噴水孔；噴水孔太稀，應(yīng)重新設(shè)計和布置，適當(dāng)增加或增大噴水孔。

3 感應(yīng)淬火油缸的質(zhì)量返修

感應(yīng)淬火油缸允許返修的情況：硬度低或有大片軟點；硬化層厚度不均勻；加熱溫度不足造成金相組織不合格等。返修油缸的處理可按下述方法進(jìn)行：

1) 將返修油缸感應(yīng)加熱到700℃～750℃后在空氣中冷透，然后按油缸淬火規(guī)范進(jìn)行二次淬火。

2) 將返修件經(jīng)爐內(nèi)加熱到550℃～600℃，保溫60～90 min，然后在水中或空氣中冷卻，再按油缸淬火規(guī)范進(jìn)行第二次淬火。

3) 缺陷油缸只能返修一次，多次反復(fù)淬火會導(dǎo)致氧化脫碳嚴(yán)重，降低材料機(jī)械性能。

4 結(jié) 語

生產(chǎn)礦用單體液壓支柱的原材料除油缸外，活柱料也是27SiMn，同樣可采用上述方法進(jìn)行熱處理和質(zhì)量控制，只是它所要求的感應(yīng)爐選型參數(shù)、硬度值、電參數(shù)和溫度參數(shù)有所區(qū)別。希望為其他類似生產(chǎn)企業(yè)在熱處理生產(chǎn)作業(yè)時提供借鑒。

參 考 文 獻(xiàn)

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