不同材料引導輪的感應(yīng)熱處理研究

■ 劉美娜，趙燕堂，張英超，郭靜

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1. 概述

工程機械產(chǎn)品底盤件中的引導輪主要用來引導履帶正確繞轉(zhuǎn)，防止其跑偏和越軌，引導輪需要與鏈軌接觸，要求具有一定的耐磨性，常通過感應(yīng)熱處理來提高其使用壽命。引導輪常用的有鑄造和焊接式輪體，焊接式引導輪由輻板、輪圈和輪轂組成，通過焊接成為引導輪體，引導輪的熱處理部位為輪圈表面，常用的材料有35、45、35Mn等，35鋼因價格優(yōu)勢被很多廠家采用，然而不同的主機廠對引導輪的耐磨性要求不一樣，為了滿足高端客戶的耐磨性要求，選用的材料尤為關(guān)鍵，35MnB是含硼的合金結(jié)構(gòu)鋼，由于具有良好的淬透性及熱處理工藝性能，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工程機械履帶底盤件的支重輪輪體、履帶鏈軌節(jié)、齒塊等，但在引導輪中的應(yīng)用還不廣泛，此外在實際的熱處理生產(chǎn)環(huán)境下采用實體剖切檢驗的手段對比35、35Mn、35MnB的熱處理性能的文章還很少見。本研究通過引導輪體實體剖切檢驗的方式研究不同材料對熱處理結(jié)果的影響，旨在滿足不同客戶的耐磨性要求，為引導輪材料的選擇和工藝試驗提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

2. 試驗用鋼及試驗方法

試驗用鋼為公司長期合作的鋼廠提供，均滿足相應(yīng)標準要求，三種材質(zhì)輪圈的化學成分分析結(jié)果如附表所示。三種材料使用的是相同的熱處理工藝：900℃感應(yīng)加熱→淬火冷卻介質(zhì)中淬火→180℃低溫回火，保溫3～5h。

3. 試驗結(jié)果及分析

（1）組織及晶粒度分析 三種材料的引導輪在熱處理之后進行組織及晶粒度檢驗，結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1、圖2中材質(zhì)為35鋼的引導輪體淬硬區(qū)的組織為回火馬氏體+殘留奧氏體，晶粒度為8級，基體區(qū)為珠光體和鐵素體，晶粒度6級；材質(zhì)為35Mn的引導輪體淬硬區(qū)的組織為回火馬氏體，晶粒度為8級，基體區(qū)為珠光體和鐵素體，晶粒度7級；材質(zhì)為35MnB的引導輪體淬硬區(qū)的組織為回火馬氏體，晶粒度為8.5級，基體區(qū)為珠光體和鐵素體，晶粒度6級，可得在此相同工藝下三種材質(zhì)的淬硬區(qū)及基體區(qū)的組織及晶粒度均滿足≥5級的要求，35Mn和35MnB的淬硬區(qū)組織均為回火馬氏體，說明淬火比35鋼充分。

三種材質(zhì)的輪圈的化學成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

圖1 三種材料淬硬區(qū)的組織及晶粒度（400 X）

圖2 三種材料基體區(qū)的組織及晶粒度（100 X）

（2）硬化層及表面硬度分析 圖3為三種材料的輪體實體剖切腐蝕形貌，圖4為洛氏硬度檢驗位置及三種材料淬硬層深對比。從圖4可知在相同工藝下，材料的淬透性越好，其淬硬層深越大， 隨著Mn、Cr等提高淬透性合金元素含量的增加，能顯著提高引導輪的淬硬層深，尤其是R弧處的淬硬層深，35MnB是35Mn的3倍以上。有試驗研究表明，在wCr≤20%時，其含量變化對35MnB鋼的淬透性有很大的影響。本研究中的淬硬層變化與之相符合，三種材料的化學成分變化最大的是Cr，其他元素相差不大。三種材料對Cr含量的標準要求都是≤25%，但實際剖切的化學成分相差較大，對于熱處理質(zhì)量穩(wěn)定可控必然要增加對Cr含量的限定。從理論上分析，由于Cr元素可以延長相變孕育期，使等溫轉(zhuǎn)變圖向右移動，隨著Cr含量增加，珠光體轉(zhuǎn)變向高溫移動，貝氏體轉(zhuǎn)變向低溫移動。在淬火過程中，即使冷卻速度較慢，在到達馬氏體轉(zhuǎn)變溫度前，過冷奧氏體也不會產(chǎn)生珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變，因此鋼的淬透性明顯提高，所以在鋼中需要控制Cr含量，需按照其他對淬透性有重要影響的合金元素一樣規(guī)定上下限。鋼的淬透性及實際熱處理的淬硬層結(jié)果與工藝參數(shù)的設(shè)定和材料多合金元素的相互影響有密切關(guān)系。

基體硬度：35MnB＞35Mn＞35，35Mn與35基體硬度相差不大。

表面硬度：三種材料的輪體經(jīng)過熱處理后表面硬度在51～53HRC，三者相差不大，這與三者的C含量相差不大有密切關(guān)系。

4. 結(jié)語

圖3 三種材料的輪體實體剖切腐蝕形貌

圖4 洛氏硬度檢驗位置及三種材料淬硬層深對比

在相同工藝條件下， Cr含量增加能顯著提高引導輪的淬硬層深，尤其是R弧處的淬硬層深，35MnB是35Mn的3倍以上，基體硬度：35MnB＞35Mn＞35，35Mn與35基體硬度相差不大，通過相同工藝下不同材料的熱處理試驗對比，可以選擇滿足不同客戶要求的耐磨性材料，為引導輪材料的選擇和工藝試驗提供有力的數(shù)據(jù)支撐。