一種控制網狀碳化物的噴霧式鍛件冷卻裝置

孫晶，尹兵

（洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039）

軸承鋼鍛件在鍛造后尤其是終鍛溫度高于850℃情況下，要求采取適當的冷卻方法，否則冷卻速度過快，可能產生鍛件開裂；冷卻速度過慢，沿晶界析出網狀碳化物等缺陷［1］。為防止鍛件開裂，應根據鋼材的材質選擇適當的冷卻溫度。過共析鋼在滲碳體析出線以上停止鍛造，冷卻時滲碳體會沿著奧氏體的晶界析出，形成網狀碳化物，終鍛溫度越高，冷卻速度越慢，形成的碳化物網越粗大，大大降低鋼的沖擊韌性，使車加工困難，淬火時容易開裂。對于細網狀碳化物鍛件必須再進行一次球化退火，對于粗網狀碳化物鍛件必須在退火前加正火處理工序。網狀碳化物嚴重降低鋼的力學性能，影響軸承的使用壽命，基于此介紹了一種新的鍛件冷卻設備——噴霧式控制網狀碳化物冷卻裝置。

1 傳統鍛后冷卻方法

實際生產中終鍛溫度受加工工藝、人員操作熟練程度的影響，不易控制，當終鍛溫度高于850℃時，要求鍛件冷卻速度不低于50℃／min，不高于250℃／min，快速將鍛件降溫至650℃左右，然后進行堆放緩慢的冷卻。終鍛后合適的降溫方式可以避免鍛件內生成網狀碳化物，從而得到最細的晶粒，因此，鍛后冷卻方式十分重要。

傳統鍛后冷卻方法中，鍛件在傳送帶上冷卻后堆積在料筐中，由于噴嘴方向固定不變，造成鍛件不能全方位的降溫，且降溫速度較慢，鍛件的上下部位有溫差，后加工的鍛件由于溫度較高，會把熱量傳遞給已經降溫的鍛件，這樣重復的升溫降溫對鍛件內部組織的形成以及轉化極其不利，不能有效控制網狀碳化物的形成。傳統鍛后噴霧冷卻工藝中水溫、冷卻速度、時間、溫度和操作規范等不可控因素多［2］，造成返工率高，以及人力、物力的浪費。

2 改進后冷卻設備結構及原理

新型噴霧式控制網狀碳化物鍛件冷卻裝置如圖1所示，主要由傳輸裝置和噴霧裝置構成。傳輸裝置由傳送鏈條、大／小鏈輪、傳動軸、變頻電動機等組成；噴霧裝置由軸流式降溫機（型號ZJP-60）、單相自吸射流泵（型號JET2-40-1.5）、噴嘴、水管等構成。

圖1 噴霧式鍛件冷卻裝置結構示意圖

傳送鏈條上焊接均勻分布的擋板，用于鉤住鍛件前進。變頻電動機可實現無極變速，控制冷卻時間為0～10 min，可根據鍛件的大小、壁厚、終鍛溫度、周圍環境的影響等調節傳動速度，以達到合適的冷卻速度。

為保證每個套圈得到充分冷卻，在風機中間固定一根水管，單相自吸射流泵把水輸送給各根水管，噴嘴噴出的細水流被風機細化再被傳送帶上的熱鍛件霧化，然后由風帶走熱量。風筒形狀為錐形，進口大，出口小，目的在于集中水霧，使鍛件及其周圍溫度快速降低；另一方面可避免水霧影響工作人員。流水槽設計成傾斜式，以便于積水快速流出水槽。在傳送帶的出口處放料箱，傳送帶的出口高于料箱高度。

根據工藝要求，冷卻裝置的進料溫度要求不小于850℃，出料溫度應控制在650℃左右。在生產線的始鍛出口和終鍛出口設置2個紅外線溫度測量儀對鍛件進行測量，但傳送帶出口還未安裝相應的溫度檢測儀器，仍待后續改進。

3 應用效果

以實際生產的22226C／02鍛件為例，采用傳統鍛后冷卻方法，鍛件網狀碳化物達到2～3級；采用改進后的冷卻裝置，并以45.45 mm／min的速度運行，鍛件的網狀碳化物小于2級甚至不會產生網狀碳化物（表1）。

表1 冷卻設備改進前、后22226C／02鍛件對比

為進一步測試傳送冷卻裝置的性能，隨機選取有效壁厚為36 mm的32230／02鍛件進行冷卻試驗，經過測試得平均冷卻速度為130℃／min，遠大于改進前的冷卻速度（50～60℃／min），詳細試驗數據見表2。

表2 32230／02冷卻試驗數據

實際統計顯示，在未使用該裝置之前，半年內共出現4批網狀碳化物超標工件，使用改進裝置后半年內出現了1批網狀碳化物超標工件。說明該裝置還存在一些亟待改進的地方，如：鍛件進出口溫度不能隨時監控，以至于不符合技術要求的鍛件流入到合格品中；依靠人工調整設備的精度遠遠低于儀器儀表的自動調節。

4 結束語

設計的噴霧式鍛件冷卻裝置有效控制了鍛件網狀碳化物級別（小于2級），提高了工作效率和鍛件質量。實際生產中仍需要工人及時地根據鍛件尺寸、周圍環境依次對傳送帶的運輸速度、風速、水流量進行有效的控制和調整，才能將該裝備的最佳效果呈現出來。隨后將進一步實現對傳送帶進口與出口鍛件溫度的自動監控，直接篩選出不滿足技術要求的產品；根據不同的溫度以及鍛件的壁厚，自動調節電動機轉速、水流量和風速。