一種薄壁導套熱處理工藝研究

■ 王孟，谷浩鵬，王忠，馮顯磊，謝玲珍

我公司生產(chǎn)的新型全液壓推土機中央傳動中安裝有導套，該件與法蘭盤配合，起著導向和固定作用，由于其配合精度要求較高，并且需要較高的硬度來提高耐磨性，又由于該件屬于薄壁件（壁厚5mm），熱處理容易變形，因此其熱處理難度較大。本文針對該件提出幾種熱處理方案，并對各方案進行分析討論，選出最合理的熱處理工藝。

1. 導套概況

導套（見圖1）的材料為ZG35SiMn，P部要求感應淬火，硬化層深度1.5～2.5mm，表面硬度52～60HRC。

設計工藝路線為：鑄造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→感應淬火→磨內(nèi)外圓。該件屬于薄壁件，壁厚5mm左右，感應熱處理時熱影響區(qū)較大，熱處理后變形較大，部分件橢圓變形，磨削后部分位置硬化層深度不足，不能滿足使用要求。該件的化學成分如表1所示，滿足ZG35SiMn化學成分要求。感應熱處理前各工序經(jīng)檢測均無問題。

2. 檢測

為減小熱影響區(qū)，設計專用的外圓噴水冷卻套（見圖2），在加熱時對與加熱部位對應的外圓處進行噴水冷卻，以減小熱量的擴散和熱影響區(qū)來減小變形。經(jīng)多次試驗，變形問題仍未解決，調(diào)整冷卻水流量、壓力、感應淬火頻率、功率等仍不能解決變形問題，檢測結果如表2所示。

選取變形較大的件進行剖檢，結果如圖3、圖4所示。該件磨削完成后表面硬化層深度僅為0.603mm，達不到要求，金相組織為：回火馬氏體+鐵素體，表面硬度54～56HRC，晶粒度9級，心部硬度315HBW。

圖2 冷卻水套

圖1 導套示意及工件

圖3 表面硬化層深度及金相組織

圖4 心部組織

感應淬火工藝不能滿足設計要求，多次調(diào)整工藝參數(shù)及工裝均無法解決問題，我公司設計人員和工藝人員反復討論設計了兩種方案：

（1）材料改為20CrMnTi，采用滲碳熱處理提高其耐磨性，工藝路線為：下料→鍛造→正火→加工→滲碳直接淬火→磨內(nèi)外圓；表面硬度為58～63HRC，硬化層深度1.5～2.5mm，硬化層晶粒度≥8級，殘留奧氏體≤20%，碳化物≤3級。

（2）材料為ZG35SiMn，采用離子氮化熱處理提高其耐磨性，工藝路線為：下料→鍛造→正火→加工→調(diào)質(zhì)→加工→磨內(nèi)外圓→離子氮化。表面硬度≥613HV1，氮化層深度≥0.3mm，滲氮層疏松級別≤3級，滲氮層氮化物級別≤3級。

3. 試驗

對上述兩種方案。我們各制作20件試驗件，進行工藝試驗。

（1）滲碳工藝試驗 根據(jù)工件材料、結構及相關技術要求等，確定導套的滲碳直接淬火工藝，如圖5所示。

滲碳直接淬火前后檢測變形量，對比結果如表3所示，變形量大的問題仍然存在，出現(xiàn)橢圓變形，且磨削加工后仍無法完全消除變形問題。

對滲碳導套進行剖檢，其金相組織為馬氏體和碳化物，馬氏體級別為3級，碳化物1級，硬化層深度1.8mm，如圖6所示，滿足金相組織要求。

（2）離子氮化工藝試驗 根據(jù)工件材料、結構及相關技術要求等，確定導套的離子氮化工藝，如圖7所示。

檢測離子氮化前后導套內(nèi)徑尺寸，對比結果如表4所示，變形量大大減小，滿足要求。

表2 感應淬火變形量檢測 （mm）

圖5 滲碳直接淬火工藝

圖6 20CrMnTi滲碳導套剖檢結果（500×）

表3 直接淬火變形量檢測 （mm）

圖7 離子氮化工藝曲線

氮化層表面硬度為：685～710HV1，氮化層深度為0.40mm，氮化層脆性為1級（見圖8），氮化物（見圖9）級別為2級，均滿足要求。

4. 結語

通過以上兩種方案對比發(fā)現(xiàn)，離子氮化工藝可大大減小工件的變形量，通過裝機驗證，主機工作2000h，無任何導套質(zhì)量問題的反饋；2000h后拆檢導套，磨損層非常小，幾乎可以忽略。

表4 離子氮化變形量檢測 （mm）

圖8 滲氮層脆性檢測

圖9 氮化物