Cr12鋼工件的熱處理工藝淺析

張穎

唐山忠義機械制造有限公司 河北唐山 063000

1 序言

閘板是一款水泥包裝機出料部件中的重要零件。袋裝水泥包灌裝結束后，為阻止水泥再次進入包裝袋，要立刻關閉出料機構中的閘板。根據常規參數，閘板的運動頻率通常為40～50次/min，如此頻繁的動作，對閘板材料選擇提出了很高的要求。

2 材料

Cr鋼是閘板材料的首選鋼種，無論是實用性、壽命、成本，還是市場供應方面都有很大的優勢。Cr12鋼是共晶碳化物，具有很高的強度、良好的耐磨性和較好的淬透性等特點，影響其性能的主要因素就是化學成分[1，2]（見表1）。

表1 Cr12鋼的化學成分（質量分數） （%）

由于Cr12鋼具有微變形的特點，我們選擇毛坯料厚度為8mm的Cr12鋼板進行加工生產。從力學性能及電氣控制方面綜合考慮，經過現場試驗，將閘板零件結構設計如圖1所示，要求硬度52～54HRC。

3 工藝方案

針對零件性能、生產條件，將閘板的加工工藝定為如下步驟：毛坯→切割外形→數控加工內孔→熱處理→磨面→數控精加工方孔。

圖1 閘板零件結構

此工藝的安排不僅考慮了熱處理前后零件尺寸的變化、零件的微變形、應力的釋放，還從廠內設備與物料轉運上做了評估。關于其他加工工藝過程就不再贅述。在此，我們僅談談Cr12鋼閘板的熱處理工藝。

4 熱處理工藝分析

4.1 Cr12鋼常規熱處理工藝試驗

Cr12鋼的熱處理研究數據[3]在相關手冊中很常見（見表2）。表2數據表明，Cr12鋼在加熱至810℃時，開始形成奧氏體；在982℃時滲碳體與碳化物完全溶入奧氏體中；高溫過后冷卻至760℃時，鐵素體開始出現；繼續冷卻至180℃，高溫奧氏體開始轉變為馬氏體[4]。對于不同結構的零件，還需要更仔細地摸索出有針對性的熱處理溫度與時間數據。

表2 Cr12鋼的相變點

初始我們嚴格按照Cr12鋼淬火、回火工藝數據[1]（見表3）在電阻爐中對一批閘板做了熱處理。經檢測發現這批零件不但達不到理想的數據，而且零件存在著許多熱處理缺陷，如細小裂紋、硬度不均勻、變形大等。

表3 Cr12鋼淬火、回火工藝

4.2 熱處理缺陷分析與措施

（1）問題分析 為了找到適應生產的工藝參數，我們對零件結構與熱處理設備重新進行了評估，盡力找到問題所在，根據分析發現，存在以下問題：

1）在熱處理之前，零件本身經歷了兩次切割，存在著內應力和少許變形。

2）加熱爐為電阻爐，升溫慢，爐內空間有限。

3）淬火冷卻介質溫度隨著零件放出大量的熱而溫度升高。

（2）實施措施 針對上述問題，我們對熱處理工藝做了相應的修改：

1）在熱處理之前加工孔，消除一部分切割應力，同時縮短加熱和冷卻時間。

2）為了讓爐內工件受熱均勻，用細鋼絲將工件串起來，使工件間存在縫隙。

3）冷卻時，用流動的溫水流代替靜止的冷水流。

4.3 確定新的熱處理工藝

在經過多次試驗及對試驗結果的分析，我們終于找到了能使閘板熱處理后數據滿足需求的淬火、回火的工藝過程，如圖2所示。

圖2 Cr12鋼閘板熱處理工藝曲線

1）將零件用鋼絲做間隔在電阻爐內擺放整齊，加熱工件至650℃，保溫1h，此為一次保溫。

2）一次保溫結束后，繼續加熱工件至970℃，保溫1h，此為二次保溫。

3）二次保溫結束后，立即停止加熱，爐內降溫至880℃。

4）在880℃不停留，即開爐取出工件，放入50～60℃油中進行淬火，待工件溫度與油溫一致后，取出工件進行清洗，洗凈后將工件空冷至室溫。

5）將室溫工件放置電阻爐內加熱至400℃，保溫2h，工件回火。

6）保溫結束后，關閉電阻爐，工件隨爐冷卻至室溫，取出清潔干燥后待檢。

5 熱處理結果

經過上述淬火、回火工藝處理后的Cr12鋼閘板，力學性能有了明顯提高，完全滿足生產上對閘板的要求。檢測部門在抽樣檢測后整理了一組閘板熱處理數據（見表4）和對比照片，如圖3所示。

表4 Cr12鋼閘板熱處理硬度抽檢結果

圖3 閘板外觀熱處理前后對比

以上檢測數據表明，改進后的Cr12鋼淬火、回火工藝方案完全滿足閘板零件的技術要求，將檢測合格的零件投入生產做疲勞試驗，在長達200天的模擬工況試驗條件下，零件無損壞，運動準確無誤。

6 結束語

Cr12鋼的熱處理工藝過程相對成熟，我們在生產中選Cr12鋼作為閘板的材質，也是考慮到這一方面因素，且市場產能充足，采購容易，成本低。熱處理工況條件不同，硬度需求不同，導致它的淬火、回火工藝過程有很大的不同。我們的數據都是經過多次試驗，反復分析試驗結果而總結出來的真實有效的數據。目前，上開閘板式出料機構在水泥包裝現場使用效果良好，無卡死現象，無開裂損壞，運動靈活。