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嘉峪檢測網(wǎng) 2017-11-06 10:49
某公司生產(chǎn)的新型全液壓推土機中央傳動中安裝有導套,該件與法蘭盤配合,起著導向和固定作用,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。本文針對該件提出幾種熱處理方案,并對各方案進行分析討論,選擇出最合理的熱處理工藝。
1.導套概況
件名:導套,設計材料為:ZG35SiMn,P部要求感應淬火,硬化層深度:1.5~2.5mm,表面硬度:52~60HRC,導套的示意如圖1所示。

該件的設計工藝路線為:鑄造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→感應淬火→磨內(nèi)外圓。該件屬于薄壁件,壁厚5mm左右,感應熱處理時熱影響區(qū)較大,感應熱處理后變形較大,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。該件的化學成分如表1所示,滿足ZG35SiMn化學成分要求。感應熱處理前各工序檢經(jīng)測均無問題。
表1 化學成分(質(zhì)量分數(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
為減小熱影響區(qū),設計專用的外圓噴水冷卻套(見圖2),在加熱時對加熱部位對應的外圓處進行噴水冷卻,以減小熱量的擴散和熱影響區(qū)來減小變形。經(jīng)過多次試驗,變形問題仍未解決,調(diào)整冷卻水流量、壓力、感應淬火頻率、功率等調(diào)整仍不能解決變形問題,檢測結(jié)果如表2所述。

表2 感應淬火變形量檢測(mm)
|
序號 |
加工尺寸80±0.02 |
感應后尺寸 |
||
|
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,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
感應淬火工藝不能滿足設計要求,多次調(diào)整工藝參數(shù)及工裝均無法解決問題,此公司設計人員和工藝人員反復討論設計兩種解決方案:
(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,殘留奧氏體≤20%,碳化物≤3級。
(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,滲氮層疏松級別≤3級,滲氮層氮化物級別≤3級。
3.試驗
對上述兩種工藝方案我公司各制作20件試驗件,進行工藝試驗。
(1)滲碳工藝試驗
根據(jù)工件材料、結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)要求等,確定導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變形量,對比結(jié)果如表3所示,變形量大的問題仍然存在,出現(xiàn)橢圓變形,且磨削加工后仍無法完成消除變形問題。
表3 感應淬火變形量檢測 (mm)
|
序號 |
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 |
對滲碳導套進行剖檢,其金相組織為馬氏體和碳化物,馬氏體級別為3級,碳化物1級,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滲碳導套剖檢結(jié)果(500×)
(2)離子氮化工藝試驗
根據(jù)工件材料、結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)要求等,確定導套的離子氮化熱處理工藝,離子氮化工藝的主要參數(shù)及離子氮化工藝過程如圖7所示。

檢測離子氮化前后導套內(nèi)徑尺寸,對比結(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 (mm)
|
序號 |
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(見圖8),氮化為級別為2級,均滿足要求。

4.結(jié)語
通過以上三種措施對比發(fā)現(xiàn),離子氮化工藝可大大減小工件的變形量,通過裝機驗證,主機工作2000h,無任何導套質(zhì)量問題的反饋;2000h后拆檢導套,磨損層非常小,幾乎可以忽略。

來源:熱處理生態(tài)圈