論淬透性在底盤零件選材上的應(yīng)用

孫葉，范廣祿，畢永全

山推工程機(jī)械股份有限公司 山東濟(jì)寧 272073

1 序言

工程機(jī)械是我國裝備工業(yè)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于國防、交通、能源、水利、建筑、道路和城市建設(shè)等領(lǐng)域。底盤零件是工程機(jī)械的“腳”，重量及制造成本占到了工程機(jī)械的四分之一，其制造質(zhì)量直接決定了工程機(jī)械的工作和行走性能。鑒于其需要擔(dān)負(fù)的功能及惡劣的施工環(huán)境，底盤零件除需要具有較高的耐磨性以外，還要求其心部具有較好的韌性，可以承受一定的沖擊。這就確定了底盤零件的熱處理要求：有一定的硬化層，以具有較高耐磨性；心部較軟，以保持一定的韌性。一般情況下，材料的硬度越高，耐磨性越好，故常將硬度值作為衡量材料耐磨性的重要指標(biāo)之一。材料的含碳量，決定了材料的淬硬性，即材料處理后所能達(dá)到的最高硬度。淬透性[1，2]決定了材料熱處理后硬化層的深淺，從而在一定程度上決定了工件的使用壽命。

為了滿足礦山市場的需要，工程機(jī)械逐漸向重型化方向發(fā)展，底盤零件也隨之向更大節(jié)距、更大尺寸發(fā)展，這就對原材料提出了更高的要求。如何選擇原材料以保證產(chǎn)品的綜合性能，成為當(dāng)務(wù)之急。

本文選取了3種25CrMnB系列材料，C含量相當(dāng)，Cr、Mn含量不同，通過化學(xué)成分測試、末端淬火試驗對其DI值、淬透性曲線進(jìn)行了研究，并加工成相同外形尺寸的履帶板（厚25mm），如圖1所示。熱處理后對其硬度及強(qiáng)度等進(jìn)行測試，進(jìn)而分析淬透性曲線對工件性能的影響，并為工件選材提供指導(dǎo)。

圖1 履帶板示意

2 試驗方案

通過DBLF光譜儀對3種材料進(jìn)行化學(xué)成分測試，并計算出DI值，見表1（僅給出3種主要元素的含量對比）。然后，按照GB/T 225—2006鋼淬透性的末端淬火試驗方法進(jìn)行端淬試驗，用HR-45A表面洛氏硬度計進(jìn)行硬度測試（從距離試樣端部1.5mm處開始，每3mm測試一次）。后續(xù)將3種材料分別加工為履帶板，熱處理后用HR-45A表面洛氏硬度計進(jìn)行表面和心部硬度測量，用WE-30液壓式萬能材料試驗機(jī)進(jìn)行拉伸性能試驗。

表1 3種材料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

3 結(jié)果分析與討論

（1）淬透性曲線 通過端淬試驗，得出淬透性曲線，如圖2所示。從圖2可以看出，3種材料碳含量相近，淬硬性相當(dāng)，因此可以達(dá)到的最高硬度相近。其區(qū)別在于半馬氏體（45HRC）出現(xiàn)的位置，材料C在距離端淬頭部10mm處，材料B在15mm處，材料A在20mm處。在距離端淬試樣頭部25mm處，材料A仍能到達(dá)43HRC，而材料B、C已降至35HRC以下。

圖2 淬透性曲線

以25CrMnB鋼為例，國家標(biāo)準(zhǔn)對于淬透性的要求，靠3點來衡量，見表2。以表2可以看出，國家標(biāo)準(zhǔn)對J1.5點要求較嚴(yán)格，即更為關(guān)注淬硬性，而對J13和J25要求較為寬泛。結(jié)合上述試驗結(jié)果，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，A、B、C3種材料在前2點（均滿足J1.5、J13的要求）的表現(xiàn)差異不大，而實際淬透性曲線相差較多。針對尺寸較小的工件，3種材料熱處理后可以達(dá)到的硬度均勻性并無大的區(qū)別，而針對尺寸較大的工件，材料A的優(yōu)勢就會顯現(xiàn)出來，表面和心部硬度更為均勻，更為耐磨，使用壽命更長。換言之，如果僅根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的淬透性要求來了解、選擇材料，特別是大尺寸工件的材料，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

表2 25CrMnB鋼淬透性要求 （HRC）

（2）表面及心部硬度 如圖3所示，熱處理后，3種材料的表面硬度幾乎一致（淬硬性一致），但是心部硬度變化較大。如果應(yīng)用在小尺寸的工件上，3種材料差異不大，如果應(yīng)用在較大尺寸工件上，材料C可獲得的心部硬度較低，整體硬度均勻性較差，心部硬度變化趨勢與淬透性曲線趨勢一致。通過本組試驗看出，淬透性曲線可以應(yīng)用于工件表面硬度及心部硬度的預(yù)測。

圖3 表面硬度及心部硬度

（3）強(qiáng)度 如圖4所示，熱處理后，材料A強(qiáng)度最高，材料B與C強(qiáng)度相當(dāng)，強(qiáng)度的變化趨勢與淬透性、硬度基本吻合。

圖4 力學(xué)性能

4 結(jié)束語

1）國標(biāo)中對于淬透性的闡述是通過3點來描述的，那么，這幾點代表了什么意義？一般情況下，第1點確定材料熱處理后可達(dá)到的最高硬度，即淬硬性；第2點確定半馬氏體的出現(xiàn)，即淬透性曲線的拐點；第3點幫助確定淬透性曲線的走向。

2）正常情況下，淬透性末端淬火試驗，適用于材料的淬透性檢驗，由于其選點較少，且多關(guān)注硬度的最高值，不適用于選材，尤其是大尺寸工件的選材。

3）淬透性曲線中，淬硬性可用于預(yù)測表面硬度，曲線變化趨勢可用于預(yù)測心部硬度，特別是較大尺寸工件的心部硬度，可以幫助技術(shù)人員更好地了解不同材料硬度及強(qiáng)度的差異，因此可以更好地用作選材分析，為生產(chǎn)實踐提供指導(dǎo)。