中冶陜壓重工設(shè)備有限公司 （陜西富平 711711） 陳 濤 馬紅利

我公司現(xiàn)有一批細(xì)長軸類錐形輥?zhàn)?，材質(zhì)45鋼，工件尺寸如圖1所示，要求輥身表面淬火。具體熱處理技術(shù)要求：淬火前組織準(zhǔn)備調(diào)質(zhì)（28±3）HS；輥面淬火硬度60～70HS（45～52HRC）；淬火深度大于5mm。

技術(shù)難點(diǎn)：最大直徑與最小直徑相差過大，選用單匝感應(yīng)器，在較小直徑處因感應(yīng)器與工件間隙過大，漏磁加大，導(dǎo)致加熱困難；加之，感應(yīng)器與工件的間隙不斷變化，致使加熱深度不同，金相組織轉(zhuǎn)變不同，進(jìn)而加劇了變形。

圖1

1.工藝分析

（1）加熱方式分析 對于材料而言，欲想獲得材料的最好性能，滿足材料的服役條件，必須選取合理的熱處理方式來獲得理想的組織和適當(dāng)?shù)挠捕纫赃_(dá)到圖樣要求。

考慮到該工件形狀的特殊性，并鑒于硬度要求不是很高（45～52HRC），如果選用整體加熱，若采用水淬，變形較大，且會出現(xiàn)軟點(diǎn)；若采用硝鹽淬火，因硝鹽的急劇冷卻作用將會出現(xiàn)更大變形，且考慮到本車間現(xiàn)場無大型硝鹽槽，再者從煤氣爐加熱和起吊過程中會存在一定重力效應(yīng)（在保溫過程中即會出現(xiàn)中部下垂），加劇其變形。

（2）感應(yīng)器的選擇 工件的最大直徑為φ262mm，最小直徑φ170mm，單邊相差46mm。故選用φ275mm、高50mm的感應(yīng)器。感應(yīng)器是影響電效率和加熱質(zhì)量的一個重要因素，而根據(jù)傳統(tǒng)工藝規(guī)范（見表1），該工件最小淬火處直徑φ170mm，感應(yīng)器與工件間隙為52.5mm，中間部位因間隙過大，漏磁加大，加熱存在困難。從理論上講，因?yàn)槁┐胚^大，這么大的間隙感應(yīng)加熱連續(xù)噴淬難以加熱工件，為了彌補(bǔ)能量的損失，我們在由一端到中間部位加熱過程中不斷加大功率。但是軋輥淬火時，溫度過高會導(dǎo)致組織惡化，而溫度過低，硬度又不足，因此在要求的硬化區(qū)內(nèi)（深度方向）溫度應(yīng)保持在規(guī)定范圍內(nèi)。軋輥等圓柱體進(jìn)行感應(yīng)加熱時，如果表面散熱大，則要求增大加熱功率。我們選用連續(xù)噴淬，考慮到工件的瞬時加熱性，采用高度為50mm×25mm的方銅銅管（50mm為高），增加其電流密度，而在以往的淬火過程中，我們從未用過這么大的間隙進(jìn)行加熱。

表1

（3）對變形的預(yù)防 加熱過程中利用頂尖對工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，可以克服因單邊間隙不勻帶來的加熱不均勻，這樣就消除了組織轉(zhuǎn)變的不同時性所帶來的應(yīng)力差異，并且在加熱過程中適當(dāng)提高功率，調(diào)整轉(zhuǎn)速和移速使之匹配，增加噴淋壓力，一定程度上減弱了螺旋光環(huán)效應(yīng)。

2.補(bǔ)充工藝

熱處理的變形是不可避免的，各種預(yù)防措施只能在要求范圍內(nèi)減小變形量，一般感應(yīng)淬火加熱溫度越均勻、越低，淬火冷卻介質(zhì)冷卻越均勻，冷卻速度盡可能低，能減少變形。變形是一個非常復(fù)雜的問題，它既與該淬火件預(yù)備熱處理狀態(tài)有關(guān)，亦受淬火前機(jī)加工應(yīng)力情況影響，更與感應(yīng)淬火時的加熱、冷卻是否正常、均勻直接關(guān)聯(lián)。

軸的直徑和長度是熱處理后其撓度變化的重要制約因素，根據(jù)以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對于細(xì)長軸類碳鋼件表淬后會在長度方向出現(xiàn)伸長，這是表面受到殘余壓應(yīng)力所致。

為了防止其變形，在淬火過程中對頂尖進(jìn)行松動，通過此法可減小工件在淬火過程中因熱應(yīng)力和組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力的交互作用所帶來的膨脹所致尺寸變形。因?yàn)榇慊疬^程中，在由奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的過程中，由于馬氏體的比體積較大，會使其膨脹，若長度方向不弛豫此膨脹帶來的應(yīng)力，這部分應(yīng)力將轉(zhuǎn)移至直徑方向，從結(jié)構(gòu)最單薄處即中心小直徑處進(jìn)行釋放，引起變形。而此類錐形件的校直在實(shí)際操作中有很大困難，松動頂尖，一定程度上減小了變形。

3.現(xiàn)場具體工藝

工件表淬部位單邊留量0.7mm，表面粗糙度Ra3.2μm，之前調(diào)質(zhì)硬度達(dá)210～218HBW。最佳頻率f=600/，δX取0.5cm，計(jì)算得f為2400Hz。但此公式僅為估算，還和感應(yīng)圈設(shè)計(jì)尺寸、感應(yīng)圈與零件間隙、冷卻水壓等有關(guān)。5mm為最小淬硬深度，取頻率2100～2200Hz，淬火水壓0.2MPa。

感應(yīng)器與工件的間隙越小，電效率越高。相同硬化層深度值可以用不同的功率密度與不同加熱時間來達(dá)到。為了使工件均勻加熱，采用變換功率的方式，對其進(jìn)行連續(xù)淬火，具體參數(shù)如圖2所示。

圖2 功率隨輥?zhàn)游恢玫淖兓?/p>

4.工藝結(jié)果檢測及分析

關(guān)于工件淬火后硬度及變形，隨機(jī)抽出三件，結(jié)果如表2所示。經(jīng)檢測，硬度完全達(dá)到要求，變形也在可控范圍內(nèi)。之后對其進(jìn)行180℃×8h回火，達(dá)到要求。

表2

此類錐度較大細(xì)長類工件應(yīng)采用連續(xù)噴淬進(jìn)行淬火，大小直徑差在50mm范圍內(nèi)即可通過改變功率來加熱，完全可以采用單匝感應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)；頂尖的松動可以減小其變形，且易操作。

（20130714）