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        降低18CrNiMo7-6錐齒輪軸滲碳淬火應力

        2015-11-16 06:05:20張波劉成
        金屬加工(熱加工) 2015年19期
        關鍵詞:工藝

        ■張波,劉成

        我公司主要生產(chǎn)礦用輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、減速器等設備,在錐齒輪軸的生產(chǎn)制造上主要使用材料18Cr Ni Mo7-6,從礦方使用情況及多次三包產(chǎn)品缺陷分析,我們得出的結論是,現(xiàn)行工藝存在一定的缺陷,未能最大限度地降低18Cr Ni Mo7-6錐齒輪軸滲碳淬火應力,造成使用過程中應力釋放產(chǎn)生斷裂。通過試驗,在現(xiàn)行滲碳工藝的基礎上,調(diào)整滲碳后的淬火工藝參數(shù),主要是調(diào)整淬火溫度,增加預冷,調(diào)整冷卻時間,減小冷卻強度,適當延長均溫時間。提高二次回火溫度等,逐步改進試驗參數(shù)。

        表1 調(diào)整前后工藝參數(shù)及滲碳淬火隨爐試樣金相組織

        1. 第一階段工藝試驗

        調(diào)整淬火溫度,增加預冷,降低冷卻強度。

        (1)試驗參數(shù) 試驗參數(shù)見表1,共試驗4爐。

        (2)試驗結果分析 從結果看出:第一爐隨爐試塊結果與原工藝相比,馬氏體及殘留奧氏體級別雖然合格,但降低3個級別;第二爐,提高淬火溫度,延長緩冷時間來提高冷卻速度,金相組織理想;第三爐,借鑒對1件通裂軸的分析,提高出油溫度,降低淬火前的心部溫度,減小淬火應力,將均溫時間由30min延長至60min,縮短冷卻時間,提高油溫,降低冷卻速度,馬氏體及殘留奧氏體仍然為4級;第四爐,取消預冷工序,降低油溫,馬氏體及殘留奧氏體仍為4級。

        4爐中只有第二爐金相組織最好,主要是因為第二爐的熱量最小,預冷、緩冷可滿足冷卻要求,缺點是淬火前的預冷,降低齒部溫度,從而降低齒部的過冷度,造成齒部冷卻能力不足,而預冷對軸部的溫度表層稍有降低,但次表層及心部溫度高于表層,淬火后會形成應力分布不合理的現(xiàn)象。

        2. 第二階段工藝試驗

        降低淬火溫度,取消預冷,增加短時強冷,適當縮短緩冷時間。

        (1)試驗參數(shù) 試驗參數(shù)見表2,共試驗2爐。

        第五爐帶隨爐實體樣件,切割做硬度檢驗,檢測示意見圖1、圖2,檢測結果見表3。

        (2)試驗結果分析 從第五、第六爐試驗金相看,金相組織比第一階段有了明顯提升,第五爐是淬火+高溫回火后二次加熱淬火,不能真實反映出滲碳直接淬火的組織,第六爐雖然組織好,但是有一件在精加工后鍵槽處開裂,說明依然存在殘余應力大的問題。

        通過測量淬火返熱溫度,檢測切片硬度,第五爐冷卻時間較合理,仍可縮短,切片φ120mm未淬透,表層5mm 以內(nèi)硬度37~38HRC,心部32~35.1HRC,其余硬度為3 2~3 5 H R C,說明820℃淬火后硬度降低,出現(xiàn)了一定硬度梯度。

        圖1 φ120mm試驗切片

        圖2 φ95mm試驗切片

        表2 試驗前后工藝參數(shù)及滲碳淬火隨爐試樣金相組織

        表3 φ120mm、φ95mm試驗切片數(shù)據(jù)

        3. 第三階段工藝試驗

        確定淬火溫度為82 0℃,延長均溫時間,控制強冷時間在3mi n以內(nèi),依照出油溫度確定緩冷時間。

        (1)試驗參數(shù) 試驗參數(shù)見表4,共試驗2爐。

        實體取樣檢驗圖片見圖3、圖4,檢驗數(shù)據(jù)見表5、表6。

        (2)試驗結果分析 滲碳均溫時間延長至3~4h,估計軸心部可降低到均溫溫度,但保溫時間長,淬火后測軸部終冷溫度,第七爐齒部為120~140℃,桿部為100~120℃,第八爐齒部為100~120℃,桿部為110~150℃,說明冷卻時間的計算方法是合理的。

        從兩種軸切片看,φ 120mm三階段試驗切片表層5mm 以內(nèi)36~38HRC,比第二階段降低1~2HRC;心部硬度為30.3~33.6HRC,比第二階段降低1~3HRC。未冷處理的樣塊馬氏體+殘留奧氏體為4級(標準要求:馬氏體+殘留奧氏體、心部≤4級,碳化物≤3級),如過程稍有波動,則組織級別降低,依照本次冷卻(強冷時間控制在3mi n以內(nèi))參數(shù),無論從硬度、組織優(yōu)化方面都需要冷處理。

        圖3 φ120mm試驗切片

        圖4 φ160mm試驗切片

        表4 調(diào)整前后工藝參數(shù)及滲碳淬火隨爐試樣金相組織

        表5 φ120mm試驗切片檢測數(shù)據(jù)

        表6 φ160mm試驗切片檢測數(shù)據(jù)

        4. 試驗結論

        (1)軸部淬火硬度降低,間接地說明淬火應力降低了,解決了軸部全部淬透而淬火應力過大的問題,達到試驗計劃“心部硬度≤35HRC”的要求。

        (2)試驗組織級別,齒部“馬氏體+殘留奧氏體”級別3級,碳化物2級,心部組織隨爐試塊1級,實體樣塊為2~3級,符合《重載齒輪金相檢驗》標準要求,軸部截面硬度、滲碳層金相組織兩者之間存在制約關系,即冷卻強度大,金相組織級別、表層硬度都會提高,但軸部淬火應力增大,二者只能綜合考慮。

        (3)為實現(xiàn)“減小淬火應力”的目標,通過試驗確定淬火溫度為820℃,冷卻時間依據(jù)最小軸徑計算,執(zhí)行正常冷處理工藝,為了保證硬度,二次回火溫度不得提高。

        (4)均溫時間根據(jù)零件大小分為兩檔,分別為45min、60min,關于強冷時間結合模數(shù)與軸部直徑建議分為兩檔,分別為3min、4~5min,因為第三階段試驗表明,φ160mm軸部組織為3級,而模數(shù)14零件軸部都在160mm及以上,稍微延長強冷時間以保證實體軸部組織及使用要求的強度。

        5. 結語

        通過本次試驗優(yōu)化了工藝方法,18Cr Ni Mo7-6材料的錐齒輪軸部淬火硬度降低,達到了降低18Cr Ni Mo7-6錐齒輪軸滲碳淬火應力的目的,在生產(chǎn)實踐中已經(jīng)開始進行應用,為公司產(chǎn)品攻關項目提供了有利的工藝保證參數(shù),提高了產(chǎn)品使用壽命。

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