■ 惠燕先，周琦，吳岳嶺，郭亮，張敏

鏈軌節(jié)是組成履帶的重要零件（見(jiàn)圖1），主要用于挖掘機(jī)、推土機(jī)等工程機(jī)械和坦克等軍工機(jī)械履帶中連接的部分，車輛在行走過(guò)程中，工作條件比較惡劣且反復(fù)受到?jīng)_擊力，因此需要良好的綜合力學(xué)性能。鏈軌節(jié)的原材料普遍采用淬透性良好的35MnBM材質(zhì)圓鋼，目前鏈軌節(jié)基本采用鍛造方式生產(chǎn)，鍛后通過(guò)余熱淬火或調(diào)質(zhì)獲得良好的力學(xué)性能。我公司現(xiàn)在已實(shí)施了鍛件進(jìn)行余熱淬火工藝，節(jié)省了一道調(diào)質(zhì)加熱工序，提高了生產(chǎn)效率，降低了制造成本。

1. 鏈軌節(jié)余熱淬火工藝

鏈軌節(jié)余熱淬火生產(chǎn)工藝流程：下料→中頻感應(yīng)加熱→鍛造→切邊沖孔→油淬→回火→無(wú)損檢測(cè)。圖2為余熱淬火、回火工藝路線。

余熱淬火屬于高溫形變熱處理，鍛件成形后，直接在某一溫度范圍內(nèi)投入淬火冷卻介質(zhì)冷卻獲得馬氏體及少量殘余鐵素體，并在一定溫度范圍內(nèi)回火，實(shí)現(xiàn)代替調(diào)質(zhì)處理，可省去一次淬火加熱工序，可節(jié)省成本0.4元/kg，并提高了生產(chǎn)效率。采用余熱淬火工藝可以有效提高鏈軌節(jié)的強(qiáng)度和塑性，改善韌性，能夠獲得良好的綜合力學(xué)性能。

圖1 鏈軌節(jié)

圖2 鏈軌節(jié)余熱淬火回火工藝

我公司余熱淬火生產(chǎn)線引進(jìn)初期，鏈軌節(jié)鍛件的晶粒度等級(jí)較低，達(dá)不到客戶要求。我公司經(jīng)過(guò)不斷探索，對(duì)影響鏈軌節(jié)晶粒度的幾個(gè)因素進(jìn)行著重分析，目前已在鏈軌節(jié)等履帶部件產(chǎn)品上廣泛采用余熱淬火工藝，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中取得了顯著成果。

2. 晶粒度細(xì)化的意義

鏈軌節(jié)余熱淬火件與調(diào)質(zhì)件相比晶粒度更為粗大，調(diào)質(zhì)件的晶粒度一般能達(dá)到6級(jí)以上，而余熱淬火件的晶粒度在未改善前達(dá)不到4級(jí)，客戶一般要求晶粒度至少在4級(jí)以上，因此達(dá)不到客戶的要求。如果鍛件余熱淬火后晶粒度過(guò)于粗大會(huì)降低沖擊韌度，降低裂紋擴(kuò)展功，提高冷脆區(qū)域。隨晶粒的長(zhǎng)大，K1C值增高。晶粒越大，鏈軌節(jié)淬火開(kāi)裂和畸變傾向也越大，在生產(chǎn)過(guò)程中這些都必須注意。尤其是混晶將會(huì)劇烈降低鋼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使應(yīng)力集中區(qū)域變脆。因此，如何在生產(chǎn)中有效地細(xì)化晶粒度就顯得尤為重要。

3. 晶粒度細(xì)化影響因素

鏈軌節(jié)余熱淬火、回火件晶粒度的主要影響因素有以下幾個(gè)方面：原材料化學(xué)成分、加熱溫度、步進(jìn)頻率（節(jié)拍）、余熱淬火油溫、冷卻速度、鍛造變形量。其中余熱淬火油溫、冷卻速度對(duì)晶粒度沒(méi)有影響，淬火后的晶粒度只和淬火前奧氏體的晶粒度大小是一致的，這是因?yàn)檫^(guò)冷奧氏體向馬氏體組織轉(zhuǎn)變屬于無(wú)擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變，馬氏體成分與母相奧氏體相同，沒(méi)有新的晶粒生成。步進(jìn)頻率決定棒料的保溫時(shí)間，而棒料長(zhǎng)時(shí)間保溫會(huì)導(dǎo)致晶粒粗大。從圖3可看出，保溫時(shí)間在開(kāi)始階段對(duì)晶粒度有較大的影響，當(dāng)保溫一定時(shí)間后，繼續(xù)保溫對(duì)晶粒度影響不明顯。在鍛造生產(chǎn)過(guò)程中，棒料加熱至設(shè)定溫度，設(shè)定合適的節(jié)拍，基本不會(huì)因?yàn)楸貢r(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致晶粒粗大。

本文主要從原材料化學(xué)成分、加熱溫度、鍛造變形量三個(gè)方面研究如何細(xì)化鏈軌節(jié)余熱淬火件晶粒度。

圖3 保溫時(shí)間對(duì)奧氏體晶粒大小的影響

（1）原材料化學(xué)成分的影響 目前我們主要采用35MnB圓鋼進(jìn)行生產(chǎn)。為了細(xì)化鍛件余熱淬火后晶粒度，通過(guò)改變?cè)牧匣瘜W(xué)成分的方法可在一定程度上提高晶粒度。

試驗(yàn)材料為兩家鋼廠生產(chǎn)的圓鋼，35MnB分為原材料一（見(jiàn)表1）、原材料二（見(jiàn)表2）。在其他工藝條件不變的情況下，晶粒度計(jì)算方式采用心部晶粒度十點(diǎn)法計(jì)算平均值，如圖4所示。

圖4 晶粒度計(jì)算方法示意

表1 35MnB鋼原材料一化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 35MnB鋼原材料二化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

圖5 不同原材料的晶粒度對(duì)比

對(duì)鍛件的晶粒度進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋Y(jié)果如圖5所示，圓鋼加釩可以有效細(xì)化晶粒度，平均增加0.4級(jí)。35MnB加釩的棒料鍛出的鏈軌節(jié)晶粒度比35MnB棒料的細(xì)。鏈軌節(jié)余熱淬火后獲得細(xì)晶馬氏體，釩是最有效的元素。釩是強(qiáng)碳化物形成元素，與碳的結(jié)合力極強(qiáng)，形成穩(wěn)定的VC，是典型的高熔點(diǎn)、高硬度、高彌散度碳化物，可以有效控制圓鋼在加熱過(guò)程中的晶粒長(zhǎng)大。

（2）加熱溫度的影響 如圖6所示，為感應(yīng)加熱爐，對(duì)圓鋼棒料進(jìn)行感應(yīng)加熱，為鍛造工序做準(zhǔn)備。在其他條件不變的情況下，對(duì)不同加熱溫度下的鏈軌節(jié)的晶粒度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。如果鋼的加熱溫度超過(guò)了臨界溫度Ac3，則鋼的晶粒開(kāi)始長(zhǎng)大，晶粒粗化是過(guò)熱的主要特征，加熱溫度越高，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，這種晶粒長(zhǎng)大的現(xiàn)象越顯著。圓鋼晶粒過(guò)分長(zhǎng)大，會(huì)導(dǎo)致鏈軌節(jié)晶粒過(guò)大。

棒料加熱溫度要求為1170～1230℃，對(duì)上下限溫度進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。設(shè)定溫度為1230℃時(shí)生產(chǎn)的鍛件平均晶粒度為3.6級(jí)，設(shè)定溫度為1170℃時(shí)生產(chǎn)的鍛件平均晶粒度為4級(jí)。由此可知，溫度越高，棒料晶粒長(zhǎng)大越快。為避免棒料晶粒的迅速長(zhǎng)大，務(wù)必選擇合適的始鍛溫度。在中頻感應(yīng)加熱爐出口安裝紅外測(cè)溫及分選裝置，確保溫度在要求范圍內(nèi)。

（3）鍛造變形量的影響 在其他因素不變的情況下，鍛造過(guò)程棒料受到鍛打力，可在一定程度上細(xì)化晶粒，不同的變形量細(xì)化晶粒的程度也不同。目前常用的鍛造工藝為預(yù)鍛+終鍛，在此基礎(chǔ)上另外優(yōu)化設(shè)計(jì)了三種方案，如表3所示。方案一，預(yù)鍛+終鍛（正常工藝），鍛件平均晶粒度3.88，晶粒度達(dá)不到要求，優(yōu)化后的三種方案晶粒度都符合要求，但是方案三和方案四鍛后分別出現(xiàn)外形尺寸和外觀質(zhì)量不符合要求（圖8所示為踏面充不滿），試驗(yàn)證明方案二抽去預(yù)鍛下模3mm墊板的變形量是最合理的，最大程度地細(xì)化了產(chǎn)品的晶粒度的前提下，滿足了外形尺寸要求，改善了外觀質(zhì)量，因此最終工序的變形程度是影響鍛件晶粒度的重要因素。

當(dāng)最終工序的變形量處于臨界變區(qū)時(shí)，鍛件的晶粒度特別粗大；一般來(lái)說(shuō)，變形程度大于臨界變形可以獲得細(xì)小晶粒。但是，變形程度過(guò)大所引起的織構(gòu)現(xiàn)象，將使鍛件產(chǎn)生粗大晶粒。并不是變形量越大鍛件的晶粒度就越細(xì)。

4. 晶粒度合格后，全項(xiàng)目剖切檢查

圖6 圓鋼感應(yīng)加熱現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物

圖7 加熱溫度對(duì)鍛件晶粒度的影響

圖8 外形踏面缺肉鍛件

采用最優(yōu)試驗(yàn)參數(shù)生產(chǎn)后，圓鋼原材料采用35MnB+V，嚴(yán)格控制鍛造加熱溫度，為避免棒料晶粒的迅速長(zhǎng)大，選擇合適的始鍛溫度1170～1200℃。在中頻感應(yīng)加熱爐出口和淬火入油口安裝紅外測(cè)溫及分選裝置，保證溫度在要求范圍內(nèi)，采用合適的鍛造形變量，即預(yù)鍛下墊板抽去3mm+終鍛，最大限度地提高晶粒度等級(jí)。

圖9 鍛件全項(xiàng)目剖切試驗(yàn)

圖10 金相組織（400×）

表3 不同鍛造變形量對(duì)鍛件晶粒度的影響

表4 剖切試驗(yàn)結(jié)果

圖11 鏈軌節(jié)改善后批量晶粒度統(tǒng)計(jì)

對(duì)鍛件力學(xué)性能、金相組織及心部硬度進(jìn)行剖切檢查，如圖9所示。技術(shù)要求：σs≥745MPa，σb≥1029MPa，δ≥10%，αK≥39.2J/cm2，晶粒度≥4級(jí)，心部硬度為315～345H B W。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，晶粒度5.1級(jí)，心部硬度335HBW，金相組織如圖10所示，為回火索氏體+少量析出鐵素體，全部符合技術(shù)要求。

5. 結(jié)語(yǔ)

對(duì)各參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)配置后生產(chǎn)的鏈軌節(jié)的晶粒度等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)圖11）分析，通過(guò)幾個(gè)月的質(zhì)量跟蹤，晶粒度均在4級(jí)以上。我公司已擁有鍛造余熱淬火線14條，每年采用余熱淬火工藝處理的鍛件超過(guò)2.7萬(wàn)t，可減少電能消耗1080萬(wàn)kW·h，生產(chǎn)流程簡(jiǎn)化，取得了良好的綜合效益。后續(xù)將逐步進(jìn)行其他底盤(pán)鍛造件的余熱淬火工藝推廣應(yīng)用。