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滾輪表面淬火缺陷分析及工藝改進(jìn)

2018-06-14

 胡連平　畢彥梅
（秦皇島首鋼長白機(jī)械有限責(zé)任公司）

　　鋼卷運(yùn)輸線上的滾輪出現(xiàn)淬火硬度不足及裂紋等缺陷，感應(yīng)器及淬火方式到底出了什么問題？
　　鋼卷運(yùn)輸線是鋼板軋制生產(chǎn)線中不可缺少的重要設(shè)備，滾輪是鋼卷運(yùn)輸線上的重要零件，一般整套設(shè)備中需配備1000～3000個(gè)滾輪，設(shè)備運(yùn)行過程中滾輪也是易磨損件，其為主要的設(shè)備備件之一，由此可見滾輪的產(chǎn)品質(zhì)量直接影響到設(shè)備的使用周期。

　　1.滾輪技術(shù)要求
　　滾輪產(chǎn)品圖樣及技術(shù)要求：材料為42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，250～280HBW；“—·—”處表面硬化，50～56HRC，深度3～4mm。

　　根據(jù)產(chǎn)品圖樣及技術(shù)要求，滾輪表面淬火采用中頻或超音頻設(shè)備均可，由于企業(yè)現(xiàn)有主要設(shè)備為超音頻設(shè)備，超音頻加熱工作頻率為30～40kHz，加熱深度2.5～3mm，靠傳導(dǎo)傳熱可達(dá)到3.5～6mm，可以滿足零件表面淬火的技術(shù)要求。

　　2.初期問題
　　生產(chǎn)初期，由于生產(chǎn)工期緊，表面淬火采用Z簡易的環(huán)形感應(yīng)器，實(shí)施自噴連續(xù)加熱淬火，回火采取爐內(nèi)回火，經(jīng)試生產(chǎn)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，臺階面淬硬寬度16mm內(nèi)和圓柱面端面處硬度不足，個(gè)別零件端面處存在裂紋。

　　經(jīng)分析認(rèn)為是由于環(huán)形感應(yīng)器的環(huán)狀效應(yīng)，導(dǎo)致臺階面無法實(shí)現(xiàn)大面積加熱淬火，造成臺階面淬火硬度不足（見圖2）。同時(shí)，感應(yīng)器在圓柱面端面尖角處的加熱時(shí)間和終至位置不易控制，加熱時(shí)間長或感應(yīng)器超過端面，易產(chǎn)生過熱和淬火裂紋，加熱時(shí)間短或讓開尖角加熱，又易產(chǎn)生淬火不足，試驗(yàn)證明環(huán)形感應(yīng)自噴連續(xù)加熱淬火無法滿足產(chǎn)品的技術(shù)性能要求。

圖2

　　3.圓柱面淬火裂紋及原因分析
　　重新制定表面淬火方案，如圖3所示。采用單回路感應(yīng)器，附置U型導(dǎo)磁體，感應(yīng)器形狀與淬火表面仿形，實(shí)施自噴連續(xù)加熱淬火，滾輪采用銑床分度頭裝夾和旋轉(zhuǎn)，回火仍然采用爐內(nèi)回火，經(jīng)試生產(chǎn)檢驗(yàn)硬度、MT、HA均合格。

　　經(jīng)兩周時(shí)間的小批量生產(chǎn)，共計(jì)生產(chǎn)9批550件，硬度100%合格，但著色探傷發(fā)現(xiàn)64件圓柱面有裂紋，不合格品率達(dá)11.6%，經(jīng)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，裂紋分兩種情況，如圖4所示，圖4a裂紋情況比較多，占總數(shù)的84%，通過現(xiàn)場觀察操作過程發(fā)現(xiàn)，裂紋產(chǎn)生原因是由于連續(xù)淬火起步時(shí)停頓時(shí)間較長、溫度過高，產(chǎn)生組織過熱或過燒，淬火后產(chǎn)生裂紋。圖4b裂紋情況主要產(chǎn)生原因是由于連續(xù)淬火時(shí)首尾搭接造成二次淬火，兩次淬火應(yīng)力疊加，又不易短時(shí)間內(nèi)得到松弛和釋放，導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的縱向裂紋。

　　4.改進(jìn)措施及效果
通過原因分析和試驗(yàn)，制定了改進(jìn)措施，并與產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員和客戶溝通，允許連續(xù)淬火搭接處存在非硬化區(qū)，并對感應(yīng)淬火操作實(shí)施嚴(yán)格控制。主要控制措施：

　?。?）利用分度頭和作標(biāo)記的方法控制感應(yīng)加熱起始淬火位置，嚴(yán)禁產(chǎn)生二次淬火區(qū)，并控制非硬化區(qū)尺寸在5～8mm范圍內(nèi)，硬度≥32HRC，確保產(chǎn)品使用性能。

　　（2）操作時(shí)采取雙人操作，一邊緩慢旋轉(zhuǎn)零件一邊送電加熱，控制起步停留時(shí)間，避免組織過熱或過燒而產(chǎn)生的裂紋。

　　采取改進(jìn)和控制措施后，試生產(chǎn)兩周后交驗(yàn)滾輪10批850件，硬度、MT、HA檢驗(yàn)合格率均達(dá)100%。滾輪單件加工費(fèi)約500元，年生產(chǎn)量上萬件，通過提高表面淬火合格率可減少質(zhì)量損失、節(jié)約成本。

來源：《金屬加工：熱加工》2015年第S2期