链轮锻后余热淬火工艺开发及应用

链轮是工程机械产品传递动力的重要零件之一,链轮在工作时具有低速、重载、磨损严重等特点,要求链轮必须具有良好的机械性能,才能保证工程机械产品在工作中的可靠性和稳定性。目前链轮一般采用 40Mn、40Mn2、45Mn、45# 钢等,传统预先热处理采用整体淬火 + 高温回火(调质)的工艺方法,以满足产品调质硬度、金相组织、力学性能的要求。后期采用沿齿廓表面淬火的热处理工艺,提高其表面硬度,增加零件表面耐磨性, 提高其使用寿命。

 

本文主要研究利用链轮在锻造成形后的余热,直接对其进行淬火处理的工艺,以获得良好的力学性能的产品。同时对锻后余热淬火对后序机加工工艺的影响也做了进一步的研究。

 
试验对象和方法

试验对象

本文试验对象为链轮,其零件结 该链轮齿数为21,分度圆直径约为650mm,内径约为450mm,齿部厚度约为65mm,零件重量约为50kg。其技术要求:调质处理,硬度 229~302HB(dB:3.5 ~ 4.0),金相组织1~4 级,晶粒度≥5 级。

 

试验方法

链轮原生产工艺流程:下料→制坯→中频加热→锻造成形→切边→调质→磁粉探伤→打磨→表面淬火+ 低温回火→磁粉探伤→机加工

 

链轮余热淬火生产工艺流程:下料→制坯→中频加热→锻造成形→切边→余热淬火→高温回火→磁粉探伤→打磨→表面淬火→低温回火→磁粉探伤→ 机加工

 

链轮材料为40Mn2,属低淬透性调质钢、合金结构钢,其主要化学成分见表 1。

 

表 1 40Mn2 钢的主要化学成分(wt%)

元素

C

Mn

P

S

Si

Ni

Cr

Cu

含量

0.37 ~ 0.44

1.4 ~ 1.8

≤ 0.03

≤ 0.03

0.17 ~ 0.37

≤ 0.30

≤ 0.30

≤ 0.30

 

通过查阅《热处理手册》可知,该材料Ac3=766℃,淬火温度推荐使用830~870℃。该材料我厂始锻温度采用1150±50℃,经过锻造成形和切边两道工序后,通过红外测温仪对 10 件切边后温度检测,切边后温度约为 950℃,工件淬火前温度约为880~910℃,略高于推荐使用淬火温度。

 

本次试验利用我厂 13t 电液锤锻造成形后,经切边压床切边,通过滑道转运至淬火槽上方挂钩内, 启动已设计淬火程序,完成淬火过程(图2)。零件在淬火介质中停留时间为5~6min。淬火介质采用湖南浏阳生产的 ZY-747 型 PAG 水溶性淬火介质, 介质浓度控制在10%~12%,介质温度要求20~45℃。

 

链轮经余热淬火处理后,及时转运至热处理分厂台车炉进行高温回火,避免因淬火过程产生的组织应力过大而开裂。

 
试验结果与讨论

淬火硬度检验

链轮锻后余热淬火后,随机抽检三件进行淬火硬度检验(在齿部平面处120°方向均检测三点,检测设备为HB-3000 型布氏硬度计),并与原工艺淬火硬度进行对比,结果见表 2。

 

表 2 两种工艺淬火硬度对比

序号

锻后余热淬火硬度 /HB

常规淬火硬度 /HB

技术要求 /HB

1

555、534、555

445、387、415

385 ~ 555

2

534、555、555

445、415、387

3

534、514、534

445、415、415

不均匀度

±10

±29

 

淬火硬度结果表明,与常规调质淬火相比,链轮锻后淬火硬度较高,这是因为锻后淬火马氏体组织内高密度位错和锻造形变过程中析出的细小弥散分布的碳化物钉扎位错作用,以及淬火完全,使其较常规淬火具有较高的淬火硬度(淬火硬度提高 100HB 以上)。另外,锻后淬火硬度的离散度较常规淬火硬度要小。其主要原因在于锻后余热淬火提高了钢的淬透性,减少因二次加热造成的脱碳层深度和单件产品在 PAG 水溶性淬火介质中进行均匀淬火冷却,以及对淬火介质进行有效均匀的搅拌,使其具有较好的硬度均匀性。

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