高閱武 屈文霞

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618000)

800 MN模鍛壓機(jī)共有8件大拉桿，是模鍛壓機(jī)關(guān)鍵受力件，噸位大且技術(shù)要求高。大拉桿材質(zhì)為34CrNiMo，調(diào)質(zhì)時(shí)輪廓尺寸為?1090 mm×17 390 mm，重量達(dá)107 t，是公司所生產(chǎn)的最重最大的大拉桿。根據(jù)大拉桿材質(zhì)特性，按照工藝規(guī)范調(diào)質(zhì)淬火時(shí)只能采取油淬[1]，水淬極易淬裂，但大拉桿重達(dá)107 t，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了熱處理車(chē)間井式油槽的淬火能力，若強(qiáng)行油淬極易導(dǎo)致火災(zāi)，且純油淬也很難滿(mǎn)足工件的芯部力學(xué)性能要求；若冒險(xiǎn)采取水淬，由于井式水槽設(shè)備限制，更進(jìn)一步加大水淬淬裂風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)由于大拉桿力學(xué)性能要求高，鼓風(fēng)或噴霧的淬火形式均無(wú)法滿(mǎn)足其性能要求。

要實(shí)現(xiàn)8件大拉桿的一次性成功制造，是熱處理技術(shù)的極限挑戰(zhàn)。項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)大量方案討論，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在技術(shù)上進(jìn)行大膽創(chuàng)新，在沒(méi)增加任何設(shè)備、工裝附具的情況下，利用現(xiàn)有設(shè)備，突破設(shè)備應(yīng)用瓶頸，成功實(shí)現(xiàn)大拉桿的調(diào)質(zhì)淬火，最終一次性成功制造，8件大拉桿的力學(xué)性能全部一次性滿(mǎn)足技術(shù)要求。

1 大拉干調(diào)質(zhì)前情況介紹

1.1 化學(xué)成分要求

大拉桿材質(zhì)為34CrNiMo，化學(xué)成分要求如表1所示。

大拉桿長(zhǎng)度達(dá)到17.39 m，冶煉過(guò)程中主要控制工件兩端C偏析和合金聚集，同時(shí)將P、S含量控制在≤0.01%，提高鋼水的純凈度，減少大拉桿后續(xù)的淬裂風(fēng)險(xiǎn)。

表1 34CrNiMo鋼化學(xué)成分要求Table 1 Chemical composition requirements of 34CrNiMo steel

1.2 力學(xué)性能要求

大拉桿力學(xué)性能要求為：Rm≥690 MPa，ReL≥490 MPa，A≥12%，Z≥32%，KU2≥31 J，根據(jù)制造技術(shù)規(guī)范JBT 5000.8—2007要求，大拉桿在工件兩端的13半徑處各套取一組試棒分別進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，兩端力學(xué)性能均必須合格。調(diào)質(zhì)前粗加工尺寸及性能試樣取樣位置見(jiàn)圖1。

圖1 大拉桿調(diào)質(zhì)前粗加工圖及取樣位置Figure 1 Rough working drawing and sampling position of large pull rod before quenching and tempering

1.3 技術(shù)難點(diǎn)分析

大拉桿調(diào)質(zhì)重量達(dá)107 t，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了熱處理車(chē)間井式油槽的淬火能力，若強(qiáng)行淬火極易導(dǎo)致火災(zāi)，同時(shí)由于油溫過(guò)高，勢(shì)必會(huì)影響淬火效果，淬透性難以滿(mǎn)足，所以要保證工件的芯部性能，十分困難。若冒險(xiǎn)采取水淬，首先是沒(méi)有18 m深的井式水槽，其次是淬裂的風(fēng)險(xiǎn)非常高。由于大拉桿力學(xué)性能要求高，鼓風(fēng)或噴霧的淬火形式均無(wú)法滿(mǎn)足其性能要求。

2 技術(shù)措施

項(xiàng)目組對(duì)大拉桿的調(diào)質(zhì)熱處理工藝進(jìn)行大膽技術(shù)創(chuàng)新，提出全新的淬火方式：將大拉桿進(jìn)行短暫的噴水冷，噴水冷的主要目的只是降低工件表面溫度，為后續(xù)的油冷作鋪墊，防止油冷著火，但又必須控制噴水冷的程度，將工件溫度控制在組織轉(zhuǎn)變之上400～500℃之間，防止組織轉(zhuǎn)變導(dǎo)致組織應(yīng)力過(guò)大，從而降低大拉桿噴水淬裂的風(fēng)險(xiǎn)。大拉桿調(diào)質(zhì)熱處理工藝見(jiàn)圖2。

圖2 大拉桿調(diào)質(zhì)熱處理工藝曲線圖Figure 2 Curve diagram of quenching and tempering heat treatment process for large pull rod

大拉桿調(diào)質(zhì)工藝主要采取了以下措施來(lái)突破設(shè)備瓶頸：

(1)適當(dāng)降低淬火溫度，將淬火溫度比常規(guī)工藝降低約20℃，降低后續(xù)噴水淬火的淬裂風(fēng)險(xiǎn)。

(2)噴水之前，進(jìn)行5 min空冷，主要目的是將工件邊角變黑，防止邊角噴水過(guò)程中裂邊。

(3)在熱處理車(chē)間用噴水裝置進(jìn)行噴水5 min，目的是降低工件整體表面溫度，防止油淬時(shí)著火，但為了防止噴水導(dǎo)致工件淬裂，所以噴水時(shí)從工件全部進(jìn)入噴水裝置后進(jìn)行計(jì)時(shí)5 min，經(jīng)過(guò)測(cè)量，噴水后工件表面溫度大約400～500℃之間，既能保證工件不著火，又防止工件發(fā)生組織轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致淬裂。噴水壓力進(jìn)行分區(qū)控制，主要控制水壓從上往下依次減少，水壓對(duì)位表見(jiàn)表2。

(4)噴水后進(jìn)行充分油冷，控制終冷溫度在250～300℃之間，保證工件的芯部性能，同時(shí)，油冷120 min后，將吊卡頭提出油面，防止吊卡頭薄弱部位淬裂。

(5)淬火后，及時(shí)入爐回火，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的回火保溫，充分消除淬火應(yīng)力和組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力。回火出爐時(shí)，采取控速降溫，同時(shí)降低出爐溫度，盡量減少內(nèi)應(yīng)力。

表2 大拉桿噴水對(duì)位表Table 2 Water spray for large pull rod

3 結(jié)論

大拉桿調(diào)質(zhì)淬火過(guò)程中，通過(guò)采取噴水降溫+油冷透的工藝思路，8件大拉桿調(diào)質(zhì)后，均未發(fā)生火災(zāi)情況，同時(shí)，水淬后也未發(fā)生淬裂問(wèn)題，并且力學(xué)性能均一次性合格。大拉桿的熱處理調(diào)質(zhì)成功，表明采取的措施可行有效，主要采取的措施如下：

(1)適當(dāng)降低淬火溫度，比常規(guī)工藝降低約20℃；

(2)噴水之前，進(jìn)行5 min空冷；

(3)整體噴水5 min，降低工件表面溫度；

(4)進(jìn)行充分油冷，控制終冷溫度在250～300℃之間；

(5)淬火后，及時(shí)入爐回火，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間回火保溫。