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礦山設(shè)備的熱處理

2018-02-24

于梅　劉旭東
（北方重工熱處理分公司）

　　礦山設(shè)備包括球磨機(jī)、挖掘機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、給料機(jī)、磨粉機(jī)等，廣泛運(yùn)用于礦山、冶煉、建材、公路、鐵路、水利和化學(xué)工業(yè)等眾多部門。由于礦山設(shè)備的作業(yè)環(huán)境惡劣，受振動(dòng)、沖擊、磨擦、磨損、化學(xué)介質(zhì)腐蝕等因素影響，要求礦山設(shè)備要有一定的耐磨性、耐腐蝕、抗沖擊等性能，為達(dá)到這些要求，熱處理就顯得尤為重要。

　　1.熱處理工藝

　　礦山機(jī)械的絕大部分零部件都需要熱處理，只是很多關(guān)鍵部件的熱處理要求較為嚴(yán)格、特殊，礦山機(jī)械零部件的熱處理工藝和一般的機(jī)械零部件的熱處理工藝差不多，通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。本文會(huì)利用在平常工作中的幾個(gè)典型零部件的熱處理工藝，和大家一起探討整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理等在礦山機(jī)械上的應(yīng)用。

　　2.工件的預(yù)先熱處理

　　礦山設(shè)備工件的預(yù)先熱處理有退火、正火、調(diào)質(zhì)三類。礦山設(shè)備通常外形比較龐大，其組成部件，如箱體、外筒、大齒輪等都屬于大件。其中大件以調(diào)質(zhì)（淬火加高溫回火）工藝Z為復(fù)雜，淬火時(shí)受到鋼的淬透性、散熱條件以及淬火介質(zhì)的限制，加之大件內(nèi)部缺陷較多，在熱處理過程中會(huì)產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，加大工件的變形量和工件開裂的危險(xiǎn)性。因此，大件調(diào)質(zhì)用階梯升溫加熱方式，淬火冷卻可采用水冷，雙液淬火等方式，要及時(shí)回火，并控制其升溫速度及冷卻方式。下面為半齒輪調(diào)質(zhì)實(shí)例簡單介紹。

　　如圖1所示，此半齒輪為球磨機(jī)部件，材料為ZG45，外形尺寸為φ5071.06mm/φ4800mm×630mm，重量為6938kg，技術(shù)要求硬度達(dá)217～255HBW。生產(chǎn)工藝路線：鍛造→去應(yīng)力退火→正火→粗車→探傷→調(diào)質(zhì)→精加工→去應(yīng)力退火。由于半齒輪尺寸較大，壁薄，加熱淬火過程中易變形，為了控制調(diào)質(zhì)過程中變形量，在齒輪內(nèi)部增加支承拉筋。按調(diào)質(zhì)硬度要求工藝如圖2所示。

　　工件在650℃保溫的目的：
　?。?）為避免工件內(nèi)部缺陷進(jìn)一步擴(kuò)展，減小工件內(nèi)外溫差，減小熱應(yīng)力。

　　（2）為讓工件以更快的速度進(jìn)入均溫階段，減小工件在相變點(diǎn)附近的內(nèi)外溫差，減小組織應(yīng)力。

　　該工件調(diào)質(zhì)處理應(yīng)嚴(yán)格注意以下幾點(diǎn)：
　?。?）工件低于300℃裝爐，嚴(yán)格控制溫度達(dá)到650℃的升溫速度。

　?。?）淬火后工件表面冷卻至200℃時(shí)立即回火。

　?。?）回火時(shí)，采取低溫裝爐，升溫速度比淬火時(shí)慢。

　　3.工件感應(yīng)熱處理

　　礦山設(shè)備中一些工件，如滾輪、車輪、軸等需要感應(yīng)加熱熱處理。表面感應(yīng)熱處理根據(jù)感應(yīng)器頻率分高頻、中頻、工頻。下面為輥軸中頻表面感應(yīng)加熱實(shí)例探討。

　　35Mn輥軸為給料機(jī)部件，技術(shù)要求硬度是40～50HRC，重量為4010kg，外形尺寸為φ700mm×3500mm。生產(chǎn)工藝路線：鍛造→正火→粗車→調(diào)質(zhì)→精車→表面感應(yīng)熱處理→精車。表面淬火位置如圖3所示，端部兩種直徑外圓及兩圓之間臺面要求表面淬火，設(shè)備選用龍門數(shù)控中頻淬火機(jī)床。表面感應(yīng)淬火工藝：感應(yīng)淬火→回火。熱處理過程中出現(xiàn)幾個(gè)難點(diǎn)，其中：

　　（1）工件體積龐大，操作吊夾困難。

　　（2）表淬位置在兩圓及表淬兩圓之間，臺面比較特殊，感應(yīng)器需要研制。

　　（3）表面淬火水冷方式。

　　表淬感應(yīng)器根據(jù)表面位置，經(jīng)過五次改制設(shè)計(jì)為筒式感應(yīng)器，加熱試驗(yàn)成功。根據(jù)兩圓之間臺面要求硬度，用感應(yīng)器上的水圈，無法水冷到臺面，改淬火方式為整體水冷（其中夾具也根據(jù)淬火方式制作的）。工件表淬并回火后，加熱面及臺面的硬度達(dá)到技術(shù)要求。

　　4.工件化學(xué)熱處理

　　礦山設(shè)備中一些工件，如齒輪類，它們是傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種機(jī)械零件，要求它們有高的耐磨性、接觸疲勞強(qiáng)度、彎曲疲勞強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，而且心部要具有較高的塑性和韌性。這需要化學(xué)熱處理，常用滲氮、滲碳、碳氮共滲等化學(xué)熱處理方法。下面為弧齒輪滲碳實(shí)例說明一下。

　　材料為20CrMnMo弧齒輪，為減速器組成部件，尺寸為φ330.94mm/φ60mm×56mm，外觀形貌如圖4所示，重量為27.6kg。熱處理技術(shù)要求有效硬化層為1.2～1.6