中頻感應淬火工藝參數對滲碳泵筒基體硬度的影響

李紅莉，孫 博

（1.陜西工業職業技術學院，陜西 咸陽 712000；2.中航工業西安航空發動機（集團）有限公司，陜西 西安 710021）

抽油泵筒是抽油泵中重要且難以加工的零件之一。抽油泵筒與表面硬化的柱塞組成一對摩擦副，要保證柱塞轉動和往復運動無阻卡、磨損均勻，更好地適應深抽，抽油泵筒應有足夠的強度、剛度和疲勞強度，其內表面還要有高的耐磨性。為了滿足以上性能要求，對抽油泵筒實施了滲碳、中頻淬火+低溫回火的熱處理工藝。通過多次實驗方法，找到了適合基體硬度的滲碳后中頻淬火的工藝參數。

1 泵筒加工工藝

1.1 泵筒要求用材料

D57泵化學成分為0.173％C、0.250％Si、1.320％Mn、0.0120％P、0.07％S，其工藝流程為：滲碳—粗珩—中頻感應淬火+回火—精珩。

1.2 泵筒的技術要求

GB/T18607-2001《抽油泵及其組件規范》中對抽油泵筒內孔滲碳或碳氮共滲層厚度、硬度及其基體硬度的要求，表面滲層厚度≥0.025mm；表面硬度58～66HRC；心部硬度207～240HB。

1.3 熱處理工藝說明

根據泵筒的技術要求，對于D57泵筒材料如果進行淬火+低溫回火，表面硬度太低（≤55HRC），達不到標準要求；如果對泵筒滲碳后進行完全淬火+低溫回火，表面硬度可以達到要求，但是基體硬度高達～44HRC（相當于424HBS），顯然，基體硬度和標準中要求的不符。

因此，為了滿足泵筒內、外表面及基體硬度要求，在滲碳的基礎上擬對泵筒進行中頻感應淬火+低溫回火。

2 實驗方法

2.1 泵筒實驗條件

泵筒所用材料的AC1=735℃左右，AC3=854℃左右。

感應淬火設備：淬火機采用磨擦輪磨擦傳動進給工件，中頻頻率4000Hz，額定功率100kW。

2.2 中頻感應淬火工藝中涉及的時間

圖1 設備工件工裝布置簡圖

式中：x1為感應圈右端面到外噴淋器左端面的距離；x2為外噴淋器左端面到工件外表面第一噴淋點距離；y1為感應圈右端面到內噴淋器左端面的距離；y2為內噴淋器左端面到工件內表面第一噴淋點距離。

t3是一個重要的工藝參數，對淬火表面質量有較大影響。x2、y2由與工件規格相對應的內外噴淋器的結構決定，在工件進給速度不變的情況下，調整x1、y1可以得到不同的內外噴淋的時間差t3。

3 實驗結果與分析

（1）加熱溫度（溫度在AC1～AC3之間）對基體硬度的影響及原因分析：

實驗數據列表1（實驗中除加熱溫度改變以外，其它參數（如Y1）均相同）：

表1 加熱溫度-基體硬度、內表面硬度的變化

由表1以看出，其它參數不變的情況下，在AC1～AC3之間溫度范圍內，隨著加熱溫度升高，中頻淬火后泵筒基體硬度逐漸增大。因為在該溫度范圍內，組織為奧氏體和未溶鐵素體，且隨著溫度的升高，未溶鐵素體的量逐漸減少，在隨后的冷卻過程中，得到低碳馬氏體或托氏體或索氏體與鐵素體的混合組織，未溶鐵素體的量愈少，硬度愈高。

（2）內外噴淋時間差t3對泵筒基體硬度的影響及原因分析：

表2 t3對基體硬度、內表面硬度的影響

由表2知，在加熱溫度一定的情況下，內外噴淋時間差t3對基體硬度的影響，隨著y1的增大，即t3的增大，冷卻時在空氣中停留的時間越長，基體的冷卻速度越慢，過冷度越小，得到珠光體的機率越大，珠光體的片間距越寬，相界面越少，硬度越低。

4 結論

由于泵筒滲碳后中頻感應淬火屬于透熱加熱。從以上實驗及分析可知，泵筒表面和心部得到不同程度的強化及合理的硬度梯度，能充分發揮材料的強韌性潛力，使表面和心部的強度和韌性有良好的配合。本工藝采用低碳鋼表面滲碳后中頻感應淬火，可使泵筒表面有高的強度、硬度、耐磨性，心部具有高的韌性，能夠滿足泵筒的技術要求。

［1］李紅莉，陳庚，李增良.滲碳泵筒精珩余量的確定［J］.熱加工工藝，2007，（14）.

［2］胡志中.鋼及其熱處理曲線手冊［M］.北京：國防工業出版社，1986.