履帶用滲碳滲透件的返修熱處理工藝

陳丹，馬強(qiáng)，張?jiān)娬?/p>

山推工程機(jī)械股份有限公司 山東濟(jì)寧 272023

履帶用滲碳銷套是工程機(jī)械履帶底盤件中的關(guān)鍵零件，在使用過程中要求銷套具用高的耐磨性能和良好沖擊韌度，銷套材料一般為20CrMnTi進(jìn)行滲碳淬火處理，內(nèi)外表面硬度要求57～63HRC，內(nèi)外硬化層深要求2.2～3.5mm，心部硬度30～45HRC，表面碳濃度0.7%～0.9%。為達(dá)到以上要求，我公司采用的熱處理工藝為氣體滲碳爐滲碳，緩冷后通過感應(yīng)透熱工藝進(jìn)行銷套加熱淬回火。在生產(chǎn)過程中，由于滲碳工序控制不良或設(shè)備故障出現(xiàn)銷套滲層滲透的現(xiàn)象（心部wC為0.4%～0.5%）。對(duì)于滲透的工件一般采用高溫長(zhǎng)時(shí)間脫碳處理，為防止氧化采用較低的碳勢(shì)進(jìn)行保護(hù)，在脫碳過程中定期取樣進(jìn)行檢查，達(dá)到脫碳要求后再進(jìn)行正常的滲碳處理。此方法返工周期很長(zhǎng)，返工成本高于銷套價(jià)值，往往對(duì)滲透的銷套直接進(jìn)行報(bào)廢處理，造成制造成本的增加。

1 返修熱處理工藝

為了解決以上問題，結(jié)合公司的實(shí)際設(shè)備情況，通過多次試驗(yàn)，找到了一種較為經(jīng)濟(jì)的銷套滲碳滲透返工的工藝方法。

滲碳滲透件返修工藝：滲碳→緩冷→透熱淬火→外周感應(yīng)淬火→回火。即對(duì)滲透返修件按正常的滲碳淬火處理后再進(jìn)行外周感應(yīng)淬火、回火。其具體方法如下：

1）滲碳滲透銷套感應(yīng)透熱淬火：加熱溫度840～900℃，回火溫度160～220℃，采用水基淬火液進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，使銷套滲透截面全部硬化。

2）外周感應(yīng)淬火，內(nèi)孔噴液冷卻：全部硬化的返工件，采用外周感應(yīng)淬火、內(nèi)孔噴液冷卻的方法，對(duì)外周進(jìn)行感應(yīng)熱處理，使外部再次硬化；內(nèi)孔在加熱時(shí)進(jìn)行噴液冷卻，因此仍然保持第一次淬火硬度。此方法使內(nèi)外表面硬度高，而心部由于外周加熱熱影響區(qū)造成心部硬度下降，從而實(shí)現(xiàn)外部硬而心部較軟的技術(shù)要求。

3）返修件進(jìn)行去應(yīng)力回火，回火溫度160～240℃，保溫時(shí)間150min以上。

2 質(zhì)量確認(rèn)

滲碳滲透的銷套按以上返修工藝處理后進(jìn)行表面硬度、硬化層深檢查，金相組織及壓扁試驗(yàn)。同時(shí)與正常件進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如下。

2.1 表面硬度與硬化層深檢查

表1為返修滲碳銷套與正常生產(chǎn)銷套結(jié)果對(duì)比，從中可以看出：

1）表面硬度在58～61HRC，滿足熱處理技術(shù)要求，同時(shí)與正常件相比無明顯區(qū)別。

2）外層硬化層深在3.0mm，內(nèi)層硬化層深2.8mm，滿足熱處理技術(shù)要求。

3）心部硬度最低在31HRC，而正常件心部硬度最低42HRC，兩者相比，正常生產(chǎn)件的心部硬度比返修工件心部硬度高。

這是由于返修工件在外周淬火時(shí)，由于熱影響區(qū)溫度過高造成高溫回火現(xiàn)象，從而造成心部硬度降低。而正常件生產(chǎn)時(shí)心部組織為低碳馬氏體，因此心部硬度較高。

表1 銷套截面硬度檢查結(jié)果

圖1 銷套硬化梯度對(duì)比

2.2 金相組織對(duì)比

圖2 返修工件（400×）

圖2 為返修銷套內(nèi)外表層與心部金相組織，圖3為正常銷套內(nèi)外表層與心部金相組織。返修銷套內(nèi)外層金相組織為針狀馬氏體+少量殘留奧氏體及極少量碳化物，心部組織為托氏體+鐵素體+回火索氏體等混合組織，這是由于心部wC為0.4%～0.5%，在感應(yīng)透熱時(shí)得到馬氏體組織，在第二次外周淬火時(shí)處于熱影響區(qū)的組織溫度較高，心部部分組織被回火得到回火索氏體，部分組織重新加熱到A+F兩相區(qū)間，在隨后的冷卻時(shí)得到F及極細(xì)的類P組織。因此造成返銷套的心部組織為S回+F+托氏體的混合組織。而正常工藝生產(chǎn)的銷套心部組織為板條狀低碳馬氏體組織。

2.3 壓扁試驗(yàn)對(duì)比

對(duì)返修的銷套進(jìn)行壓扁試驗(yàn)，斷點(diǎn)力為82.79kN，斷點(diǎn)位移為1.84mm，與正常件壓扁無明顯區(qū)別，如圖4所示。

圖4 壓扁試驗(yàn)

3 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)滲碳滲透件的返修熱處理及檢驗(yàn)可以得出：

1）返修的滲碳銷套表面硬度、硬化層深、心部硬度均能達(dá)到滲碳銷套的熱處理技術(shù)要求。

2）與正常工藝生產(chǎn)的銷套相比，返修銷套心部硬度較低。

3）從金相組織來看，內(nèi)外層近表面組織無明顯變化，心部組織返修工件為托氏體+鐵素體+回火索氏體的混合組織，正常件為低碳馬氏體組織。

4）從壓扁試驗(yàn)結(jié)果來看，返修工件與正常件斷點(diǎn)力與斷點(diǎn)位移無明顯區(qū)別。

基于以上結(jié)果，我們對(duì)滲碳滲透工件按返修工藝方法進(jìn)行熱處理，然后全部進(jìn)行MT檢測(cè)，無裂紋產(chǎn)生。同時(shí)進(jìn)行裝機(jī)試驗(yàn)并跟蹤發(fā)現(xiàn)返工的銷套與正常件使用性能無明顯區(qū)別，達(dá)到了預(yù)期的效果。