復(fù)合耐磨襯板熱處理工藝研究

馬戰(zhàn)勛，唐新俠

“爆炸焊復(fù)合耐磨襯板”主要應(yīng)用于冶金軋機(jī)機(jī)架襯板及工作輥、支撐輥軸承座襯板，還有一種由單一材料制成的耐磨襯板用在精鍛機(jī)操縱機(jī)軌床上。兩種耐磨襯板都要求具有良好的耐磨性和抗沖擊振動(dòng)的能力。由于耐磨襯板硬度要求高，尺寸相對(duì)薄而長，熱處理過程中產(chǎn)生了較大的淬火翹曲變形、淬裂以及硬度偏低，用板材專用淬火壓床（見圖1）壓力淬火仍存在一定的淬火翹曲變形，因此，研究控制淬火翹曲變形和裂紋是主要任務(wù)。

1. 技術(shù)要求

復(fù)合材料耐磨襯板：≤2000mm×1000mm×45mm（長×寬×厚度）；單一材料耐磨襯板：≤2000mm×177mm×25mm（長×寬×厚度），見圖2。

復(fù)合材料耐磨襯板工作面材料為T8、30Cr13，基面材料為Q235；單一材料耐磨襯板為65Mn。

復(fù)合耐磨襯板：工作面為T8時(shí)淬火硬度≥60HRC、30Cr13時(shí)淬火硬度≥56HRC，硬化層深度≥5mm，平面度≤3mm，安裝基面硬度為70～100HBW。單一材料耐磨襯板：工作面為65Mn時(shí)淬火硬度≥55HRC，硬化層深度≥5mm，平面度≤4mm。

2. 工藝流程

工藝流程：下料→焊接（復(fù)合襯板）→機(jī)加工→壓力淬火、回火→校正→磨削→裝配。淬火工藝如下：T8鋼淬火（810±10）℃×3h水冷＋180℃×4h，30Cr13鋼淬火（1030±10）℃×3h水冷＋180℃×4h，65Mn鋼淬火（840±10）℃×2h水冷＋180℃×3h 。采用淬火壓床上壓力淬火。

3. 問題及原因分析

圖1 淬火壓床

圖2 單一材料耐磨襯板

（1）翹曲變形原因 采用上述熱處理工藝，復(fù)合耐磨襯板淬火后首先暴露出的是工作面凸起、基面凹下的變形問題，一般翹曲變形量在7～10mm，這表明焊接面保持完好沒有分離，工作面T8、30Cr13凸起是淬火組織的比體積大于基面Q235的非淬火組織的比體積所致，只要結(jié)構(gòu)為一面是淬火材料另一面是非淬火材料就存在這種差異。單一材料耐磨襯板由于結(jié)構(gòu)薄而長，要求硬度高，淬火時(shí)壓床先下水的面淬火后出現(xiàn)凹面，背面是凸面，這是由于襯板水平壓在壓床上，下水時(shí)先下水的表面受到水的阻力作用就會(huì)出現(xiàn)下凹上凸的現(xiàn)象，故靠壓床不會(huì)完全解決翹曲變形問題。對(duì)于較厚的復(fù)合耐磨襯板，由于水的阻力引起的下凹上凸效應(yīng)不是主要的，由不同種材料特別是碳含量相差較大的兩種鋼板爆炸焊在一起的復(fù)合板材淬火時(shí)，由于得到淬火馬氏體的比體積相差懸殊，淬火硬度高的面比體積大呈現(xiàn)凸面，硬度低的面比容小呈現(xiàn)凹面。

（2）淬火裂紋原因 復(fù)合耐磨襯板及單一耐磨襯板淬火后常出現(xiàn)裂紋和硬度偏低，裂紋部位主要在T8、30Cr13及65Mn鋼板的棱角上，T8鋼的淬火硬度雖然也可達(dá)到60HRC，但因其淬透性差，受較厚部分基面材料Q235的影響，水淬火后硬度達(dá)到60HRC困難，并有軟點(diǎn)。當(dāng)采用強(qiáng)烈的淬火冷卻介質(zhì)鹽水不預(yù)冷直接淬火時(shí)，由此帶來的淬火變形、淬裂傾向必然增大。30Cr13鋼為中碳馬氏體不銹鋼，由于馬氏體不銹鋼特性主要是抗腐蝕性，淬硬性相對(duì)較低，淬火硬度達(dá)到56HRC是很困難的。為了同時(shí)兼顧耐磨性、耐蝕性 ，淬火采用相對(duì)激烈的冷卻介質(zhì)水冷，采用5%NaCl鹽水淬火能達(dá)到硬度要求，但很容易淬裂。65Mn鋼是一種彈性較高的鋼，淬火獲得較高硬度時(shí)雖然解決了硬度和耐磨性問題，但淬裂的傾向增大，同時(shí)造成的翹曲變形也增大，使得校正難以進(jìn)行。綜上所述，由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的硬度已經(jīng)到了或超過了材料的極限硬度，淬火時(shí)冷卻控制不當(dāng)極易產(chǎn)生裂紋。

4. 工藝改進(jìn)

淬火后同時(shí)獲得高的硬度、小的變形和不淬裂是個(gè)矛盾的統(tǒng)一體，采用合適的淬火冷卻方法既保證硬度又兼顧變形小、不淬裂；壓力淬火時(shí)在耐磨板凸起部位墊上適當(dāng)厚度的墊片，采用預(yù)先反變形的方法控制最終的翹曲變形是能夠辦到的。下面探討工藝參數(shù)的制訂。

（1）淬火溫度確定 淬火溫度對(duì)淬火變形有一定的影響，一般隨著淬火溫度的升高硬度升高，變形也增大，對(duì)于T8鋼淬火溫度偏高硬度反而下降，因此淬火溫度在規(guī)定的780～810℃內(nèi)選下限（780+10）℃。對(duì)于30Cr13鋼，淬火溫度偏低會(huì)降低淬火硬度，因此淬火溫度在規(guī)定的1030～1050℃內(nèi)應(yīng)選中下限（1035+10）℃，65Mn鋼淬火溫度為（840±10）℃。

（2）壓床壓淬控制 淬火時(shí)一是要在耐磨板易凸起的部位放置3個(gè)5mm左右厚度的網(wǎng)格墊片來控制淬火后的平面度，此外檢查淬火壓床床面中心處的實(shí)際壓力是否能滿足公稱壓力要求。

（3）淬火冷卻確定 如前所述，耐磨板要求硬度過高，淬火前先在空氣中預(yù)冷60～80s以防產(chǎn)生裂紋。對(duì)于T8鋼耐磨板因零件尺寸較大，水淬會(huì)出現(xiàn)軟點(diǎn)，采用5%NaCl鹽水冷卻，鹽水溫度20～40℃，冷透；對(duì)于30Cr13、65Mn鋼淬火應(yīng)采用水冷卻，水溫20～40℃，時(shí)間5～6min后空冷至室溫。

（4）回火 耐磨板淬火后在2h之內(nèi)進(jìn)行回火，溫度150～180℃，保溫時(shí)間均不少于6h。

（5）校正 由于耐磨襯板淬火后的硬度很高，個(gè)別零件超出了規(guī)定的變形范圍，不得不用機(jī)械校正的方法校正，凸面采用火焰校正的方法熱點(diǎn)校正，溫度控制不超過800℃水冷。

5. 試制結(jié)果

按上述工藝共熱處理了3爐6塊爆炸焊復(fù)合耐磨襯板，3爐19塊單一材料耐磨襯板。其中T8材料3塊，淬火后的硬度達(dá)到了60～61HRC，平面翹曲度≤3mm；30Cr13材料3塊，淬火后的硬度達(dá)到了56～58HRC，平面翹曲度≤3mm，基面Q235硬度為100HBW；單一材料65Mn淬火后的硬度達(dá)到了55～56HRC，最終經(jīng)粗磨、精磨后能夠滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

6. 結(jié)語

（1）耐磨襯板普遍要求的硬度高，只有通過預(yù)冷加強(qiáng)冷的淬火方法才能達(dá)到硬度要求又不至于淬裂。

（2）淬火壓床可有效地控制薄長高合金板材的淬火變形，但需根據(jù)翹曲變形規(guī)律在凸起部位墊上適當(dāng)厚度的墊片，采用預(yù)先反變形的方法才能有效控制。