我公司生產(chǎn)的新型全液壓推土機(jī)中央傳動(dòng)中安裝有導(dǎo)套，該件與法蘭盤配合，起著導(dǎo)向和固定作用，由于其配合精度要求較高，并且需要較高的硬度來(lái)提高耐磨性，又由于該件屬于薄壁件（5mm），熱處理容易變形，其熱處理難度較大。本文針對(duì)該件提出幾種熱處理方案，并對(duì)各方案進(jìn)行分析討論，選擇出最合理的熱處理工藝。
1.導(dǎo)套概況
件名：導(dǎo)套，設(shè)計(jì)材料為：ZG35SiMn，P部要求感應(yīng)淬火，硬化層深度：1.5～2.5mm，表面硬度：52～60HRC，導(dǎo)套的示意如圖1所示。
該件的設(shè)計(jì)工藝路線為：鑄造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→感應(yīng)淬火→磨內(nèi)外圓。該件屬于薄壁件，壁厚5mm左右，感應(yīng)熱處理時(shí)熱影響區(qū)較大，感應(yīng)熱處理后變形較大，部分件橢圓變形，由于變形大磨削后部分位置硬化層深度不足，不能滿足使用要求。該件的化學(xué)成分如表1所示，滿足ZG35SiMn化學(xué)成分要求。感應(yīng)熱處理前各工序檢經(jīng)測(cè)均無(wú)問(wèn)題。
表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）
C | Si | Mn | S | P | Cr | Mo | Ni | Al | B | DI值 |
0.50 | 0.72 | 1.23 | 0.013 | 0.020 | 0.076 | 0.014 | 0.035 | 0.031 | 0.0016 | 84 |
2.檢測(cè)
為減小熱影響區(qū)，設(shè)計(jì)專用的外圓噴水冷卻套（見(jiàn)圖2），在加熱時(shí)對(duì)加熱部位對(duì)應(yīng)的外圓處進(jìn)行噴水冷卻，以減小熱量的擴(kuò)散和熱影響區(qū)來(lái)減小變形。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，變形問(wèn)題仍未解決，調(diào)整冷卻水流量、壓力、感應(yīng)淬火頻率、功率等調(diào)整仍不能解決變形問(wèn)題，檢測(cè)結(jié)果如表2所述。
表2 感應(yīng)淬火變形量檢測(cè)（mm）
序號(hào) | 加工尺寸80±0.02 | 感應(yīng)后尺寸 | ||
1 | 79.99 | 79.98 | 80.15 | 79.30 |
2 | 79.98 | 79.98 | 80.18 | 79.48 |
3 | 80.01 | 80.02 | 80.10 | 79.94 |
4 | 80.00 | 80.02 | 80.11 | 79.93 |
選取變形較大的件進(jìn)行剖檢，剖檢結(jié)果如圖2、圖3所示。該件磨削完成后表面硬化層深度僅為0.603mm，達(dá)不到要求，金相組織為：回火馬氏體+鐵素體，表面硬度54～56HRC，晶粒度9級(jí)，心部硬度315HBW。
（a）
（b）
圖3 表面硬化層深度及金相組織
圖4 心部組織
感應(yīng)淬火工藝不能滿足設(shè)計(jì)要求，多次調(diào)整工藝參數(shù)及工裝均無(wú)法解決問(wèn)題，我公司設(shè)計(jì)人員和工藝人員反復(fù)討論設(shè)計(jì)兩種解決方案：
（1）將該件材料改為20CrMnTi，采用滲碳熱處理提高其耐磨性，工藝路線為：下料→鍛造→正火→加工→滲碳直接淬火→磨內(nèi)外圓；表面硬度為：58～63HRC，硬化層深度1.5～2.5mm，硬化層晶粒度≥8級(jí)，殘留奧氏體≤20%，碳化物≤3級(jí)。
（2）將該件材料為ZG35SiMn，采用離子氮化熱處理提高其耐磨性，工藝路線為：下料→鍛造→正火→加工→調(diào)質(zhì)→加工→磨內(nèi)外圓→離子氮化。表面硬度≥613HV1，氮化層深度≥0.3mm，滲氮層疏松級(jí)別≤3級(jí)，滲氮層氮化物級(jí)別≤3級(jí)。
3.試驗(yàn)
對(duì)上述兩種工藝方案我公司各制作20件試驗(yàn)件，進(jìn)行工藝試驗(yàn)。
（1）滲碳工藝試驗(yàn)
根據(jù)工件材料、結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)要求等，確定導(dǎo)套的滲碳熱處理工藝，其滲碳熱處理工藝流程如圖5所示。
滲碳直接熱處理前后檢測(cè)變形量，對(duì)比結(jié)果如表3所示，變形量大的問(wèn)題仍然存在，出現(xiàn)橢圓變形，且磨削加工后仍無(wú)法完成消除變形問(wèn)題。
表3 感應(yīng)淬火變形量檢測(cè) （mm）
序號(hào) | 加工尺寸80±0.02 | 滲碳后尺寸 | ||
1 | 79.99 | 79.99 | 80.07 | 79.50 |
2 | 79.99 | 79.98 | 80.06 | 79.38 |
3 | 80.00 | 80.00 | 80.03 | 79.93 |
4 | 80.02 | 80.01 | 80.01 | 79.93 |
對(duì)滲碳導(dǎo)套進(jìn)行剖檢，其金相組織為馬氏體和碳化物，馬氏體級(jí)別為3級(jí)，碳化物1級(jí)，硬化層深度1.8mm，如圖6所示，滿足金相組織要求。
（a）
（b）
圖6 20CrMnTi滲碳導(dǎo)套剖檢結(jié)果（500×）
（2）離子氮化工藝試驗(yàn)
根據(jù)工件材料、結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)要求等，確定導(dǎo)套的離子氮化熱處理工藝，離子氮化工藝的主要參數(shù)及離子氮化工藝過(guò)程如圖7所示。
檢測(cè)離子氮化前后導(dǎo)套內(nèi)徑尺寸，對(duì)比結(jié)果如表4所示，變形量大大減小，滿足要求。
表4 離子氮化變形量檢測(cè) （mm）
序號(hào) | 80±0.02 | 氮化后尺寸 | ||
1 | 80.01 | 80.00 | 80.00 | 79.99 |
2 | 80.00 | 80.02 | 80.01 | 80.02 |
3 | 80.01 | 80.02 | 80.03 | 80.02 |
4 | 79.98 | 79.99 | 80.01 | 80.02 |
氮化層表面硬度為：685～710HV1，氮化層深度為0.40mm，氮化層脆性為1級(jí)（見(jiàn)圖8），氮化為級(jí)別為2級(jí)，均滿足要求。
4.結(jié)語(yǔ)
通過(guò)以上三種措施對(duì)比發(fā)現(xiàn)，離子氮化工藝可大大減小工件的變形量，通過(guò)裝機(jī)驗(yàn)證，主機(jī)工作2000h，無(wú)任何導(dǎo)套質(zhì)量問(wèn)題的反饋；2000h后拆檢導(dǎo)套，磨損層非常小，幾乎可以忽略。
作者：王孟，谷浩鵬，王忠，馮顯磊，謝玲珍
單位：山推工程機(jī)械股份有限公司
來(lái)源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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