不同材料引導輪的感應熱處理研究

■ 劉美娜，趙燕堂，張英超，郭靜

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1. 概述

工程機械產品底盤件中的引導輪主要用來引導履帶正確繞轉，防止其跑偏和越軌，引導輪需要與鏈軌接觸，要求具有一定的耐磨性，常通過感應熱處理來提高其使用壽命。引導輪常用的有鑄造和焊接式輪體，焊接式引導輪由輻板、輪圈和輪轂組成，通過焊接成為引導輪體，引導輪的熱處理部位為輪圈表面，常用的材料有35、45、35Mn等，35鋼因價格優勢被很多廠家采用，然而不同的主機廠對引導輪的耐磨性要求不一樣，為了滿足高端客戶的耐磨性要求，選用的材料尤為關鍵，35MnB是含硼的合金結構鋼，由于具有良好的淬透性及熱處理工藝性能，現已廣泛應用于工程機械履帶底盤件的支重輪輪體、履帶鏈軌節、齒塊等，但在引導輪中的應用還不廣泛，此外在實際的熱處理生產環境下采用實體剖切檢驗的手段對比35、35Mn、35MnB的熱處理性能的文章還很少見。本研究通過引導輪體實體剖切檢驗的方式研究不同材料對熱處理結果的影響，旨在滿足不同客戶的耐磨性要求，為引導輪材料的選擇和工藝試驗提供有力的數據支撐。

2. 試驗用鋼及試驗方法

試驗用鋼為公司長期合作的鋼廠提供，均滿足相應標準要求，三種材質輪圈的化學成分分析結果如附表所示。三種材料使用的是相同的熱處理工藝：900℃感應加熱→淬火冷卻介質中淬火→180℃低溫回火，保溫3～5h。

3. 試驗結果及分析

（1）組織及晶粒度分析 三種材料的引導輪在熱處理之后進行組織及晶粒度檢驗，結果如圖1、圖2所示。

圖1、圖2中材質為35鋼的引導輪體淬硬區的組織為回火馬氏體+殘留奧氏體，晶粒度為8級，基體區為珠光體和鐵素體，晶粒度6級；材質為35Mn的引導輪體淬硬區的組織為回火馬氏體，晶粒度為8級，基體區為珠光體和鐵素體，晶粒度7級；材質為35MnB的引導輪體淬硬區的組織為回火馬氏體，晶粒度為8.5級，基體區為珠光體和鐵素體，晶粒度6級，可得在此相同工藝下三種材質的淬硬區及基體區的組織及晶粒度均滿足≥5級的要求，35Mn和35MnB的淬硬區組織均為回火馬氏體，說明淬火比35鋼充分。

三種材質的輪圈的化學成分（質量分數） （%）

圖1 三種材料淬硬區的組織及晶粒度（400 X）

圖2 三種材料基體區的組織及晶粒度（100 X）

（2）硬化層及表面硬度分析 圖3為三種材料的輪體實體剖切腐蝕形貌，圖4為洛氏硬度檢驗位置及三種材料淬硬層深對比。從圖4可知在相同工藝下，材料的淬透性越好，其淬硬層深越大， 隨著Mn、Cr等提高淬透性合金元素含量的增加，能顯著提高引導輪的淬硬層深，尤其是R弧處的淬硬層深，35MnB是35Mn的3倍以上。有試驗研究表明，在wCr≤20%時，其含量變化對35MnB鋼的淬透性有很大的影響。本研究中的淬硬層變化與之相符合，三種材料的化學成分變化最大的是Cr，其他元素相差不大。三種材料對Cr含量的標準要求都是≤25%，但實際剖切的化學成分相差較大，對于熱處理質量穩定可控必然要增加對Cr含量的限定。從理論上分析，由于Cr元素可以延長相變孕育期，使等溫轉變圖向右移動，隨著Cr含量增加，珠光體轉變向高溫移動，貝氏體轉變向低溫移動。在淬火過程中，即使冷卻速度較慢，在到達馬氏體轉變溫度前，過冷奧氏體也不會產生珠光體和貝氏體轉變，因此鋼的淬透性明顯提高，所以在鋼中需要控制Cr含量，需按照其他對淬透性有重要影響的合金元素一樣規定上下限。鋼的淬透性及實際熱處理的淬硬層結果與工藝參數的設定和材料多合金元素的相互影響有密切關系。

基體硬度：35MnB＞35Mn＞35，35Mn與35基體硬度相差不大。

表面硬度：三種材料的輪體經過熱處理后表面硬度在51～53HRC，三者相差不大，這與三者的C含量相差不大有密切關系。

4. 結語

圖3 三種材料的輪體實體剖切腐蝕形貌

圖4 洛氏硬度檢驗位置及三種材料淬硬層深對比

在相同工藝條件下， Cr含量增加能顯著提高引導輪的淬硬層深，尤其是R弧處的淬硬層深，35MnB是35Mn的3倍以上，基體硬度：35MnB＞35Mn＞35，35Mn與35基體硬度相差不大，通過相同工藝下不同材料的熱處理試驗對比，可以選擇滿足不同客戶要求的耐磨性材料，為引導輪材料的選擇和工藝試驗提供有力的數據支撐。