大型環(huán)類(lèi)鍛件調(diào)質(zhì)處理

李曉宏 楊 迪 黃守己

(沈陽(yáng)鑄鍛工業(yè)有限公司熱處理分公司，遼寧110142)

我公司多次承接大型環(huán)類(lèi)零件的調(diào)質(zhì)熱處理。該類(lèi)齒圈是大型礦山粉碎機(jī)上的關(guān)鍵部件，用于礦山礦石粉碎。該機(jī)內(nèi)主要的結(jié)構(gòu)有環(huán)形軌道，在環(huán)形軌道上設(shè)環(huán)式碾盤(pán)，碾盤(pán)則由多個(gè)碾輥組成。該類(lèi)環(huán)形齒圈是機(jī)器中的環(huán)形軌道，需要較高的綜合力學(xué)性能和準(zhǔn)確的尺寸精度。此類(lèi)大型環(huán)件直徑較大、厚度較薄，處理過(guò)程中容易變形，變形后無(wú)法校正。硬度要求高，且均勻性不容易控制。為解決這些問(wèn)題，本文從工藝和生產(chǎn)操作方面進(jìn)行改進(jìn)，并嚴(yán)加控制，提高工件整體質(zhì)量。

1 工件介紹

此種環(huán)鍛件分為兩種，第1種為環(huán)軌，材質(zhì)40CrNi2Mo，最大尺寸?4572/4252 mm×100 mm，單重3900 kg；第2種為齒圈，材質(zhì)34CrNi3Mo，最大尺寸?5232/4660 mm×140 mm，單重6000 kg。

技術(shù)要求：硬度分別達(dá)到320～360HBW、340～380HBW，均勻性不超過(guò)30HBW。

變形要求：調(diào)質(zhì)后環(huán)軌不超過(guò)30 mm(單面余量20 mm)，齒圈不超過(guò)20 mm(單面余量15 mm)。

表面質(zhì)量：沒(méi)有裂紋等缺陷。工件實(shí)際化學(xué)成分見(jiàn)表1。

2 工藝制定

根據(jù)材料的固態(tài)相變點(diǎn)Ac1和Ac3以及對(duì)該材料的性能要求，選定該材料的熱處理溫度為T(mén)1，回火溫度為T(mén)2。升溫過(guò)程要考慮工件的特點(diǎn)，控制升溫速度，要有入爐保溫、中間保溫過(guò)程，以減少淬火過(guò)程中的應(yīng)力，盡量減小變形的產(chǎn)生。淬火保溫時(shí)間的選定，按每毫米有效截面保溫1～1.3 min計(jì)算，適當(dāng)延長(zhǎng)均溫，總淬火保溫時(shí)間控制在4 h以?xún)?nèi)。具體工藝見(jiàn)圖1。

3 調(diào)質(zhì)處理

3.1 生產(chǎn)操作

首先進(jìn)行來(lái)件檢驗(yàn)，檢查來(lái)件表面有無(wú)砂眼、裂紋等明顯缺陷，檢查加工是否存在尖角，棱角是否需要倒圓。準(zhǔn)確測(cè)量每件尺寸，核對(duì)圖紙計(jì)算余量大小。

環(huán)軌的最大直徑為4572 mm，有效厚度為100 mm，齒圈的最大直徑為5232 mm，有效厚度為140 mm，都屬于大尺寸薄板類(lèi)工件。同種材料中此種形狀不容易淬出高硬度，有效厚度太薄非常容易變形。

公司擁有調(diào)質(zhì)爐中，最大加熱區(qū)為5000 mm。工件直徑較大，達(dá)到爐體上限，無(wú)法使用托盤(pán)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，為了達(dá)到較好的平整度，公司定制一批新墊鐵，尺寸合適方便起吊。墊鐵平行擺放，間距大小參考環(huán)件四等分后的距離。

圖1 工藝曲線Figure 1 Process curve

吊具選用工字梁和4條馬蹄鏈，端頭馬蹄形掛扣根據(jù)墊鐵端頭的大小和形狀自制。件與件之間需要小墊塊多點(diǎn)隔開(kāi)均勻墊起，每件墊起8點(diǎn)，提前預(yù)備80件墊塊，相同規(guī)格高度一致。裝爐時(shí)關(guān)鍵部位容易變形處增加輔助支撐點(diǎn)。

3.2 檢驗(yàn)結(jié)果

硬度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，變形檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。從檢測(cè)結(jié)果看，硬度合格且均勻，達(dá)到客戶(hù)要求。變形量方面100 mm厚截面變形最大22 mm，140 mm截面變形最大達(dá)到18 mm。雖然在余量范圍內(nèi)，但是變形較大，為客戶(hù)的后續(xù)加工帶來(lái)不便。綜合考慮研究后，為進(jìn)一步減小變形，改進(jìn)裝爐方式。

表2 硬度檢測(cè)結(jié)果Table 2 Hardness test result

表3 變形量檢測(cè)結(jié)果(mm)Table 3 Test result of deformation amount(mm)

表4 改進(jìn)生產(chǎn)方式后變形量檢測(cè)結(jié)果(mm)Table 4 Test result of deformation amount after improving of production mode (mm)

4 改進(jìn)生產(chǎn)方式

總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，裝爐方式對(duì)變形影響較大，主要是受力不均勻?qū)е?。如兩個(gè)墊鐵中間距離大，容易出現(xiàn)下沉現(xiàn)象。增加與爐底板的受力支撐點(diǎn)，使受力更均勻分散。所以采用雙層墊鐵裝爐，支撐點(diǎn)由原來(lái)8個(gè)增加到12個(gè)。同時(shí)，增加與爐底板間的距離，有效避開(kāi)燒嘴位置，增加溫度均勻性，有效避免局部溫度過(guò)熱的危險(xiǎn)。

冷卻油溫應(yīng)控制在50℃以下，淬火油溫度最高不能超過(guò)80℃。冷卻油槽規(guī)格為15 m×6.5 m×6 m，配有油溫監(jiān)測(cè)，循環(huán)冷卻系統(tǒng)。注意起吊平穩(wěn)，操作迅速，在最短時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)入油，天車(chē)配合串動(dòng)冷卻，提高硬度均勻性?？刂朴屠鋾r(shí)間，掌握好終冷溫度，出油后盡快保溫。增加中間檢查，檢測(cè)淬火后硬度，為回火提供準(zhǔn)確參考。變形檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

比較單層裝爐方式，變形量明顯減小。變形量直徑方向最大由18 mm減小到7 mm，垂直方向最大由22 mm減小到12 mm，改善效果較好。

5 結(jié)論

(1)大型環(huán)類(lèi)鍛件在處理過(guò)程中容易變形，且有效厚度越薄變形量越大。工藝上采用分階段緩慢升溫保溫，能有效減小熱應(yīng)力，增加溫度均勻性。

(2)裝爐方式及操作過(guò)程控制，對(duì)環(huán)件的變形和最終的質(zhì)量同樣非常重要。雙層墊鐵擺放，多點(diǎn)均勻墊平墊穩(wěn)；增加與爐底板間的有效支撐點(diǎn)，抬高環(huán)件與燒嘴間的距離；吊運(yùn)過(guò)程平穩(wěn)迅速，能有效控制大型環(huán)鍛件的變形。

[1] 鄭三妹，崔麗麗，孫長(zhǎng)波，等. 30Cr2Ni2Mo鋼大型環(huán)類(lèi)鍛件的熱處理工藝研究[J]. 大型鑄鍛件，2014(4):13-17.