陳秋華 劉東海 宋宏威

(1.中國一重鑄鍛鋼事業(yè)部水壓機分廠，黑龍江161042；2.中國一重軋輥電站事業(yè)部技術(shù)質(zhì)量部，黑龍江161042)

輥磨機是用于冶金礦渣深加工和水泥加工的重要設(shè)備。壓輥芯軸是臥式輥磨機的重要部件，它要承受較大的壓力，所以對力學(xué)性能的要求較高。

1 芯軸尺寸和技術(shù)要求

芯軸尺寸規(guī)格和重量較大。外形尺寸如圖1所示。鍛件粗加工后軸身直徑為?1 258 mm，軸頸最小部位直徑為?938 mm，粗加工重量為41 343 kg。

技術(shù)條件要求在軸頸距表面1/3R處取縱向試樣。力學(xué)性能要求如表1所示。

表1 芯軸的力學(xué)性能要求Table 1 The mechanical property requirement of spindle

圖1 鍛件尺寸簡圖Figure 1 The dimension sketch of the forging

2 工藝準(zhǔn)備

針對工件的特點，鍛件的調(diào)質(zhì)工藝考慮采用雙液淬火即水淬油冷的冷卻方式。這種熱處理方式存在工件淬火開裂的風(fēng)險，要求冶煉、鍛造及熱處理各工序都要采取措施，以保證鍛件內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量。

2.1 化學(xué)成分控制及鋼的冶煉方式

在保證拉伸性能合格的情況下，應(yīng)盡可能提高材料的沖擊韌性。同時，考慮到降低水淬油冷淬火的淬裂傾向，應(yīng)盡量減小材料的碳當(dāng)量。根據(jù)合金元素的特點，對鍛件化學(xué)成分進行調(diào)整：

(1)嚴(yán)格控制H、S、P含量，H≤2×10-6，S、P均控制在0.015%以下。

(2)C、Cr、Mo按技術(shù)條件要求的下限進行控制。

為了減少有害元素的殘留和提高鍛件的冶金質(zhì)量，煉鋼方式采用VD+VT。鍛件最終化學(xué)成分見表2。

表2 芯軸的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 2 The chemical composition of spindle(mass fraction, %)

2.2 調(diào)質(zhì)工藝的確定

調(diào)質(zhì)工藝的重點如下：

(1)淬火加熱溫度不宜過高，保溫時間不宜過長，防止奧氏體晶粒過分長大。

(2)由于芯軸尺寸較大，淬火冷卻速度相對較慢，回火溫度應(yīng)比小鍛件的回火溫度低一些。

(3)采用水淬油冷的冷卻工藝，先水冷加快初始冷卻速度，讓工件盡快通過C曲線(圖2)的鼻子尖或盡快通過珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)，目的是得到貝氏體組織或索氏體組織，盡量避免先共析鐵素體

圖2 42CrMo鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線Figure 2 The continuous cooling transformation curve of 42CrMo steel

的析出，同時還要防止水冷時間過長應(yīng)力過大導(dǎo)致鍛件開裂。

基于以上因素，制定了芯軸的性能熱處理工藝(圖3)。性能熱處理工藝的特點如下：

(1)由于鍛件有效截面大，所以將鍛件入爐溫度控制在400～450℃并保持(1～3)h。

(2)鍛件入爐保溫完成后升溫速度控制在(30～80)℃/h。

(3)為了減少鍛件內(nèi)外溫差，防止熱應(yīng)力的影響使鍛件內(nèi)部的顯微裂紋擴展，我們采用中間保持，溫度控制在650～700℃。這樣可以減少高溫的保溫時間，從而減少工件的氧化脫碳，降低晶粒長大的趨向。

(4)中間保持后進行速度升溫。由于此時鍛件心部處于塑性狀態(tài)，所以可以加快升溫速度。升溫速度控制在(50～100)℃/h。

(5)待工件升溫到850±50℃時進行保溫。保溫時間按每100 mm保溫0.6 h～0.8 h進行計算。

(6)按每100 mm冷卻3 min～4 min計算水冷時間，芯軸水冷時間為30 min～40 min。水冷分兩次執(zhí)行，水冷20 min后吊出鍛件空冷5 min，防止冷卻速度過快引起工件的斷裂。

(7)參照以前42CrMo鋼鍛件回火的經(jīng)驗，確定回火溫度為500±50℃。為了保證回火溫度的準(zhǔn)確性，在工件的頭、中、尾各敷了一支熱電偶，要求保溫以敷偶為準(zhǔn)。

圖3 性能熱處理工藝Figure 3 The performance heat treatment process

3 檢驗結(jié)果

性能熱處理后，經(jīng)檢驗芯軸力學(xué)性能完全符合技術(shù)要求。芯軸力學(xué)性能檢驗結(jié)果如表3所示。

表3 芯軸力學(xué)性能檢驗結(jié)果Table 3 The test results of mechanical property of spindle

4 結(jié)論

通過調(diào)整合金元素含量，煉鋼時采取VD+VT工藝，采用水淬油冷的調(diào)質(zhì)工藝，使芯軸的力學(xué)性能完全符合用戶的要求。

[1] 康大韜，葉國斌，等.大型鍛件材料及熱處理.上海：龍門書局，1998.

[2] G.克勞斯.鋼的熱處理原理.北京：冶金工業(yè)出版社，1987.

[3] 樊東黎，徐躍明，佟曉輝.熱處理工程師手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2004.