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        盾構(gòu)軸承滾道的中頻淬火工藝

        2010-08-01 02:55:48端木培蘭王明禮霍曉磊孫小東王云廣
        軸承 2010年12期
        關(guān)鍵詞:深度工藝

        端木培蘭,王明禮,霍曉磊,孫小東,王云廣

        (洛陽LYC軸承有限公司 a.技術(shù)中心;b.特大型軸承廠,河南 洛陽 471039)

        “土壓平衡盾構(gòu)主軸承的研制”屬于公司承擔(dān)的國家“八六三”重點(diǎn)科研項(xiàng)目。盾構(gòu)主軸軸承是盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)上承受載荷(主要是沖擊載荷)最大的部件之一,工作條件極其惡劣。該軸承與傳統(tǒng)軸承相比,屬于3排組合結(jié)構(gòu),具有滾道結(jié)構(gòu)特殊、滾道淬火面積大且可靠性要求極高等特點(diǎn)。若按照常規(guī)的中頻淬火工藝進(jìn)行淬火,滾道淬火后的硬度和硬化層深度難以達(dá)到技術(shù)要求,該問題已經(jīng)成為制約盾構(gòu)軸承研制的技術(shù)瓶頸。針對(duì)這一難題,對(duì)盾構(gòu)軸承試驗(yàn)樣圈滾道進(jìn)行了大量的中頻淬火工藝試驗(yàn),通過工藝試驗(yàn),找到了能夠滿足土壓平衡盾構(gòu)主軸軸承技術(shù)要求的中頻淬火工藝。

        1 試樣的化學(xué)成分及技術(shù)要求

        試樣材料為42CrMo,其化學(xué)成分見表1。原材料狀態(tài)為調(diào)質(zhì)處理,表面硬度為231 HB。試樣的截面尺寸見圖1。技術(shù)要求為:(1)C,G淬火面硬度要求≥57 HRC;(2)C面有效硬化層深度≥6 mm;(3)G面有效硬化層深度≥3.5 mm。

        表1 試樣的化學(xué)成分 %

        圖1 試樣截面

        2 中頻淬火試驗(yàn)

        試驗(yàn)在GC13600淬火機(jī)床上進(jìn)行,檢測(cè)儀器為HR-150洛氏硬度計(jì)和WYT-15糖量計(jì)。

        2.1 淬火加熱感應(yīng)器的設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)采用仿型感應(yīng)器對(duì)C面和G面同時(shí)進(jìn)行淬火。設(shè)計(jì)感應(yīng)器時(shí),應(yīng)考慮尖角效應(yīng)對(duì)加熱面的影響,增大倒角處的耦合間隙,盡可能使整個(gè)加熱面的溫度趨于均勻,感應(yīng)器示意圖見圖2。

        圖2 感應(yīng)器示意圖

        2.2 淬火介質(zhì)

        目前,國內(nèi)常用的淬火介質(zhì)有聚乙烯醇(PVA)和聚二醇(PAG)。PVA的主要缺點(diǎn)是使用濃度低(約0.1%~0.3%),不易管理,易老化變質(zhì)。PAG在長(zhǎng)期使用中性能比較穩(wěn)定,而且濃度比為6%~8%,很容易用折光儀測(cè)定,容易控制,本例選用PAG。

        2.3 淬火工藝參數(shù)

        感應(yīng)淬火由于加熱速度快,奧氏體不一定會(huì)完全均勻化,提高溫度可以減輕或消除這種現(xiàn)象,而過高的溫度會(huì)使表面過熱,淬火后易產(chǎn)生裂紋,所以,42CrMo鋼的感應(yīng)淬火溫度選擇880~920 ℃;根據(jù)技術(shù)要求的硬化層深度,選擇2 500 Hz的電流加熱頻率;工件移動(dòng)速度慢會(huì)影響生產(chǎn)效率,太快易導(dǎo)致淬火裂紋,本例選用110~130 mm/min。

        試樣淬火工藝參數(shù)見表2?;鼗鸸に嚍?170±10) ℃×4 h,空冷。

        表2 1#~3#和Y-1#~Y-3#淬火工藝參數(shù)

        2.4 檢驗(yàn)結(jié)果

        對(duì)試樣按表2中的工藝參數(shù)淬火并進(jìn)行回火后,對(duì)其表面硬度、硬化層深度及淬火裂紋等項(xiàng)目進(jìn)行了檢驗(yàn),結(jié)果見表3,淬火硬化層形狀見圖3~圖8。

        表3 表面硬度、硬化層深度及淬火裂紋檢測(cè)結(jié)果

        圖3 1#工藝淬火硬化層形狀

        圖4 2#工藝淬火硬化層形狀

        圖5 3#工藝淬火硬化層形狀

        圖6 Y-1#工藝淬火硬化層形狀

        圖7 Y-2#工藝淬火硬化層形狀

        圖8 Y-3#工藝淬火硬化層形狀

        根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,并且綜合考慮產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率等因素,確定了土壓平衡盾構(gòu)軸承滾道的淬火工藝如下:加熱方式為(170±10) ℃×2 h爐中預(yù)熱;感應(yīng)器移動(dòng)速度為130 mm/min;淬火溫度為(900±20) ℃;加熱功率為25~30 kW(以淬火溫度為準(zhǔn));淬火頻率為2 500 Hz;淬火介質(zhì)濃度比為c(PAG)=6%~8%,溫度為25~40 ℃。

        3 結(jié)果分析

        (1)從表2可以看出:淬火前增加預(yù)熱,可使隨后的淬火硬化層深度明顯增加。1#~3#工藝的C面和G面淬硬層深度均未達(dá)到技術(shù)要求,而經(jīng)過預(yù)熱后的Y-1#~Y-3#淬火工藝得到的表面硬度和淬硬層深度均達(dá)到了技術(shù)要求。這是由于預(yù)熱使工件內(nèi)部得到了熱量?jī)?chǔ)備,零件在后續(xù)的加熱過程中其內(nèi)部的散熱速度減慢,熱量得到聚集,淬火時(shí)加熱深度較深,因此,淬火后硬化層深度得以增加。

        (2)從圖3~圖8硬化層形狀的分布可以看出:每個(gè)試樣的淬火面均存在硬化層不均勻的現(xiàn)象,C面和G面交界的油溝處與C面和G面的倒角處相比淬硬層較淺,這是因?yàn)榇慊鹈娌煌课坏募訜岷蜕釥顟B(tài)的不同所致。電磁感應(yīng)加熱的邊緣效應(yīng)使得C面和G面的倒角處加熱深度較深,所以淬火后硬化層就深;由于C面和G面交界的油溝處需要的熱量多,而該部位熱量向零件內(nèi)部散熱較快,所以淬火后硬化層較淺。油溝處的硬化層過淺,會(huì)使此處的強(qiáng)度降低,軸承在受傾覆力矩的作用時(shí),極易從該處開裂失效。要改善油溝處的硬化層均勻性,需要調(diào)節(jié)感應(yīng)器的耦合間隙,加大倒角處與油溝處的耦合間隙差值,即調(diào)整加熱面的升溫速度。

        (3)工件的移動(dòng)速度越慢,其硬化層深度越深。這是因?yàn)楣ぜ俣嚷?,加熱時(shí)間長(zhǎng),工件獲得的總熱量就越多,且預(yù)冷時(shí)間加長(zhǎng),間接地延長(zhǎng)了熱傳導(dǎo)時(shí)間,使淬火工件的加熱深度增加,因而,冷卻后得到的硬化層深度就越深。

        4 結(jié)論

        (1)在一定的范圍內(nèi),工件的移動(dòng)速度越慢,硬化層深度越深。

        (2)淬火前,將工件進(jìn)行預(yù)熱處理,會(huì)使工件的硬化層深度明顯增加。

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