油缸活塞桿熱處理

梁合意 彭朝暉 唐志英

(瀟湘職業(yè)學(xué)院,湖南婁底 417009)

油缸活塞桿熱處理

梁合意 彭朝暉 唐志英

(瀟湘職業(yè)學(xué)院,湖南婁底 417009)

45鋼活塞桿經(jīng)調(diào)質(zhì)處理獲得良好強(qiáng)韌性配合的綜合力學(xué)性能。表面淬火的目的是獲得高的表面硬度，以支撐表層鍍鉻層，從而提高活塞桿的耐磨性與耐蝕性。去應(yīng)力退火安排在磨削加工之后電鍍之前，以充分消除活塞桿內(nèi)部殘余應(yīng)力，提升鍍層質(zhì)量與產(chǎn)品合格率。

活塞桿 鍍層裂紋 原因分析

1 前言

液壓油缸是工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中重要的執(zhí)行元件，用于執(zhí)行往復(fù)運(yùn)動，驅(qū)動工程機(jī)械完成各種功能?；钊麠U是液壓油缸中連接活塞和工作部件的技術(shù)要求較高的關(guān)鍵傳力零件，工作過程中需承受較大拉應(yīng)力，因此，活塞桿必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度、韌性，同時因使用中受磨粒沖刷，極易產(chǎn)生磨損，還須具有較高的耐磨性。長缸活塞桿采用45鋼制造，其加工工藝路線為：鍛材（軋材）—下料—調(diào)質(zhì)—校直—機(jī)械加工—表面淬火、回火—校直—桿頭焊接—機(jī)加工—磨削—去應(yīng)力退火-拋光—鍍硬鉻—拋光—清洗—裝配。活塞桿熱處理是保證活塞桿內(nèi)在質(zhì)量與力學(xué)性能的關(guān)鍵工序，熱處理質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到整個液壓系統(tǒng)的壽命和可靠性，如果熱處理不當(dāng)，造成活塞桿使用過程中早期斷裂，輕則損毀其他零件，嚴(yán)重時可能造成整個設(shè)備的毀壞與人員傷亡。

2 調(diào)質(zhì)處理

調(diào)質(zhì)處理的目的是使活塞桿具有強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性良好匹配的綜合力學(xué)性能，內(nèi)部組織為均勻細(xì)小的回火索氏體，為后續(xù)表面淬火作好組織準(zhǔn)備。長缸活塞桿長度達(dá)3800-4200，直徑為Φ90-Φ110mm，因此其加熱設(shè)備采用150KW的井式電阻爐或600KW懸掛式連續(xù)電阻加熱爐，溫度分上下兩區(qū)控制。熱處理工藝參數(shù)： 在井式爐中一爐懸空裝4支，淬火加熱溫度為830±10℃，保溫160min后分2次出爐淬火，每次淬2支，采用循環(huán)冷卻水冷卻，淬火冷卻時上下擺動，以保證最大限度的冷卻均勻，冷卻到100℃左右（桿冒蒸汽但不起泡）出水入井式回火爐回火。然后4支一次采用550±10℃加熱、保溫190min回火后水冷。經(jīng)上述工藝調(diào)質(zhì)處理后，性能不穩(wěn)定，硬度在210-255HBS之間波動，同一支活塞桿上、中、下硬度也相差很大。且有時有個別爐次硬度不合格或強(qiáng)度偏低，需進(jìn)行返修處理。淬火變形比較大，增大后續(xù)校直與機(jī)械加工難度。因45鋼淬透性差，金相觀察其內(nèi)部組織并不是單一均勻的回火索氏體，而是在其心部存在大塊的游離鐵索體，個別零件還存在網(wǎng)狀鐵索體與魏氏組織。

為解決上述問題，我們采用懸掛式連續(xù)熱處理調(diào)質(zhì)爐進(jìn)行淬火加熱，每掛裝2支，加熱保溫后出爐自動淬火，每節(jié)拍出一掛，確保加熱均勻?？紤]到45鋼的Ac3溫度為770-780℃，為盡可能細(xì)化晶粒與減小變形，我們采用790±10℃亞溫淬火工藝，細(xì)化奧氏體晶粒，淬火后得到細(xì)小均勻的板條馬氏體，以提升活塞桿的強(qiáng)韌性配合。為進(jìn)一步減小變形，同時提升淬火液冷卻均勻性，我們在自來水中添加5%-10%的淬火添加劑，淬火時同樣采用循環(huán)水泵強(qiáng)制冷卻液循環(huán)冷卻?；鼗鹑圆捎?50±10℃加熱，節(jié)拍同淬火節(jié)拍一至，回火后出爐水冷，抑制第二類回火脆性的產(chǎn)生。經(jīng)上述工藝改進(jìn)后，內(nèi)部組織為均勻的細(xì)小回火索氏體，削除了大塊狀或網(wǎng)狀鐵素體與魏氏組織，硬度強(qiáng)度均勻、穩(wěn)定。

3 表面淬火

活塞桿工作過程中運(yùn)動頻繁，受力復(fù)雜，因此除要求具有良好的綜合力學(xué)性能防止變形與斷裂外，還要求其表面具有較高的耐磨性，表面硬度要求達(dá)到58-62HRC，生產(chǎn)過程中常采用高頻淬火處理。淬火設(shè)備選用半自動連續(xù)淬火加熱爐，活塞桿由上料機(jī)輸送到淬火爐傳送帶上，通過傳送帶水平旋轉(zhuǎn)勻速送入感應(yīng)圈中加熱淬火。表面淬火的關(guān)鍵是感應(yīng)線圈的制作與淬火工藝參數(shù)的選擇。感應(yīng)線圈采用10*8mm矩形銅管彎制而成，并設(shè)計為雙層結(jié)構(gòu)并排放置，前后圈之間相隔一定距離，前圈不做噴水孔，利用前圈進(jìn)行預(yù)熱。后圈鉆孔徑為0.9mm的噴水孔，沿圓周均勻分布，噴水角度設(shè)計為36度;感應(yīng)圈內(nèi)徑比活塞桿外徑大4-5mm。淬火加熱陽極電壓PV為11-12KV，陽極電流PA為1.9-2.2A，柵極電流GA為0.38-0.40A，通過調(diào)節(jié)活塞桿送料架旋轉(zhuǎn)速度來控制活塞桿移動速度，將活塞桿表面加熱到890-910℃后激速噴水冷卻。淬火液選用專用淬火液加50-60%的水稀釋而成，噴水壓力保持在0.1MPa左右，通過控制噴水冷卻時間從而控制水冷后產(chǎn)品溫度，利用余熱自身回火。經(jīng)檢測，淬硬層深度為2-3mm，表層組織為回火馬氏體，心部組織為回火索氏體，表面硬度為58-60HRC，心部硬度為210-230HBS。

4 去應(yīng)力退火

由于表面淬火是利用產(chǎn)品自身余熱進(jìn)行回火處理，回火溫度逐步降低，沒有一個完整的回火保溫過程，回火時間短，應(yīng)力消除不完全，部分產(chǎn)品中存在較大的殘余應(yīng)力。在后續(xù)磨削加工過程中，如果磨削內(nèi)應(yīng)力與表面淬火的殘余內(nèi)應(yīng)力相疊加，當(dāng)應(yīng)力值超過材料抗拉強(qiáng)度時，活塞桿表面會產(chǎn)生應(yīng)力裂紋，如果應(yīng)力沒有超過材料抗拉強(qiáng)度而以殘余應(yīng)力形式存在于產(chǎn)品當(dāng)中，在后續(xù)鍍鉻或使用過程中因應(yīng)力重新分配而引起鍍層開裂，造成鍍鉻層產(chǎn)生裂紋。因此，活塞桿鍍鉻前必須進(jìn)行退火處理，以消除磨削與表面處理產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。去應(yīng)力退火加熱溫度為200-230℃，保溫190min后隨爐冷卻到160℃出爐空冷。

5 結(jié)語

活塞桿經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后獲得良好的綜合力學(xué)性能，并為后續(xù)表面處理做好組織準(zhǔn)備。表面淬火的目的是獲得高的表面硬度，以支撐表層鍍鉻層，從而提高活塞桿的耐磨性與耐蝕性。去應(yīng)力退火安排在磨削加工之后電鍍之前，以充分消除活塞桿內(nèi)部殘余應(yīng)力，提升鍍層質(zhì)量與產(chǎn)品合格率，提高活塞桿使用壽命。

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湖南省教育科研基金資助項目(12C1234)。