輥磨機(jī)壓輥芯軸的熱處理工藝

陳秋華 劉東海 宋宏威

(1.中國(guó)一重鑄鍛鋼事業(yè)部水壓機(jī)分廠，黑龍江161042；2.中國(guó)一重軋輥電站事業(yè)部技術(shù)質(zhì)量部，黑龍江161042)

輥磨機(jī)是用于冶金礦渣深加工和水泥加工的重要設(shè)備。壓輥芯軸是臥式輥磨機(jī)的重要部件，它要承受較大的壓力，所以對(duì)力學(xué)性能的要求較高。

1 芯軸尺寸和技術(shù)要求

芯軸尺寸規(guī)格和重量較大。外形尺寸如圖1所示。鍛件粗加工后軸身直徑為?1 258 mm，軸頸最小部位直徑為?938 mm，粗加工重量為41 343 kg。

技術(shù)條件要求在軸頸距表面1/3R處取縱向試樣。力學(xué)性能要求如表1所示。

表1 芯軸的力學(xué)性能要求Table 1 The mechanical property requirement of spindle

圖1 鍛件尺寸簡(jiǎn)圖Figure 1 The dimension sketch of the forging

2 工藝準(zhǔn)備

針對(duì)工件的特點(diǎn)，鍛件的調(diào)質(zhì)工藝考慮采用雙液淬火即水淬油冷的冷卻方式。這種熱處理方式存在工件淬火開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)，要求冶煉、鍛造及熱處理各工序都要采取措施，以保證鍛件內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量。

2.1 化學(xué)成分控制及鋼的冶煉方式

在保證拉伸性能合格的情況下，應(yīng)盡可能提高材料的沖擊韌性。同時(shí)，考慮到降低水淬油冷淬火的淬裂傾向，應(yīng)盡量減小材料的碳當(dāng)量。根據(jù)合金元素的特點(diǎn)，對(duì)鍛件化學(xué)成分進(jìn)行調(diào)整：

(1)嚴(yán)格控制H、S、P含量，H≤2×10-6，S、P均控制在0.015%以下。

(2)C、Cr、Mo按技術(shù)條件要求的下限進(jìn)行控制。

為了減少有害元素的殘留和提高鍛件的冶金質(zhì)量，煉鋼方式采用VD+VT。鍛件最終化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2 芯軸的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 2 The chemical composition of spindle(mass fraction, %)

2.2 調(diào)質(zhì)工藝的確定

調(diào)質(zhì)工藝的重點(diǎn)如下：

(1)淬火加熱溫度不宜過(guò)高，保溫時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，防止奧氏體晶粒過(guò)分長(zhǎng)大。

(2)由于芯軸尺寸較大，淬火冷卻速度相對(duì)較慢，回火溫度應(yīng)比小鍛件的回火溫度低一些。

(3)采用水淬油冷的冷卻工藝，先水冷加快初始冷卻速度，讓工件盡快通過(guò)C曲線(xiàn)(圖2)的鼻子尖或盡快通過(guò)珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)，目的是得到貝氏體組織或索氏體組織，盡量避免先共析鐵素體

圖2 42CrMo鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)Figure 2 The continuous cooling transformation curve of 42CrMo steel

的析出，同時(shí)還要防止水冷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致鍛件開(kāi)裂。

基于以上因素，制定了芯軸的性能熱處理工藝(圖3)。性能熱處理工藝的特點(diǎn)如下：

(1)由于鍛件有效截面大，所以將鍛件入爐溫度控制在400～450℃并保持(1～3)h。

(2)鍛件入爐保溫完成后升溫速度控制在(30～80)℃/h。

(3)為了減少鍛件內(nèi)外溫差，防止熱應(yīng)力的影響使鍛件內(nèi)部的顯微裂紋擴(kuò)展，我們采用中間保持，溫度控制在650～700℃。這樣可以減少高溫的保溫時(shí)間，從而減少工件的氧化脫碳，降低晶粒長(zhǎng)大的趨向。

(4)中間保持后進(jìn)行速度升溫。由于此時(shí)鍛件心部處于塑性狀態(tài)，所以可以加快升溫速度。升溫速度控制在(50～100)℃/h。

(5)待工件升溫到850±50℃時(shí)進(jìn)行保溫。保溫時(shí)間按每100 mm保溫0.6 h～0.8 h進(jìn)行計(jì)算。

(6)按每100 mm冷卻3 min～4 min計(jì)算水冷時(shí)間，芯軸水冷時(shí)間為30 min～40 min。水冷分兩次執(zhí)行，水冷20 min后吊出鍛件空冷5 min，防止冷卻速度過(guò)快引起工件的斷裂。

(7)參照以前42CrMo鋼鍛件回火的經(jīng)驗(yàn)，確定回火溫度為500±50℃。為了保證回火溫度的準(zhǔn)確性，在工件的頭、中、尾各敷了一支熱電偶，要求保溫以敷偶為準(zhǔn)。

圖3 性能熱處理工藝Figure 3 The performance heat treatment process

3 檢驗(yàn)結(jié)果

性能熱處理后，經(jīng)檢驗(yàn)芯軸力學(xué)性能完全符合技術(shù)要求。芯軸力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 芯軸力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果Table 3 The test results of mechanical property of spindle

4 結(jié)論

通過(guò)調(diào)整合金元素含量，煉鋼時(shí)采取VD+VT工藝，采用水淬油冷的調(diào)質(zhì)工藝，使芯軸的力學(xué)性能完全符合用戶(hù)的要求。

[1] 康大韜，葉國(guó)斌，等.大型鍛件材料及熱處理.上海：龍門(mén)書(shū)局，1998.

[2] G.克勞斯.鋼的熱處理原理.北京：冶金工業(yè)出版社，1987.

[3] 樊東黎，徐躍明，佟曉輝.熱處理工程師手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.