40CrNiMo热处理工艺的改进

蓊 40CrNiMo热处理工艺的改进 秦征平 1 95一B电铲是本钢南芬露天矿70年代从美国 进口的重型挖掘设备，环形轨道是使电铲回转的 关键部件之一。以前其备件是从美国进口的，使 用期18个月。自从我厂生产环形轨道以来，经过 工艺的不断改进，使其使用寿命达到用户要求， 符合该铲性能要求。 1环形轨道失效分析 早期环形轨道的制造工艺是：调质(HB255) 精加工一表面淬火+低温回火，淬硬层厚1520 mm，在使用过程中淬硬层易脱落，承受不了设备 重载产生的塑性变形，负载下易产生龟裂。该轨 道板表面硬度为HRC 50以上，而心部硬度为HB 200250，工件的抗过热性能较差，使用中易出现 磨损，当局部范围产生过热量时，易造成掉肉。 2环形轨道材质的选择 选择40CrNiMo，属于低合金中碳超高强度 钢。 该材质经处理后具有良好的综合机械性能， cr、Ni、等合金元素的加入使其淬透性较好并使 铁素体的强度和韧性得到提高；Mo、Cr等碳化物 形成元素的加入，可阻止奥氏体晶粒长大，提高 钢的回火稳定性，在使用中能有一定的冲击抗力 和断裂韧性，高的疲劳强度满足环形轨道对材质 性能的要求。 3环形轨道采用的工艺流程 环形轨道工艺流程路线如下： 锻造(外锻)一正火一粗加工一调质 工一等温淬火。 4环形轨道的制造方法 环形轨道由6块或12块单块轨瓦装成 道(见图1)。具体为： 图1 环形轨道单块瓦形状示意图 上轨2组，每组3块，组成扇形。下轨 块组成环形。 5环形轨道的热处理 根据对环形轨道的工作状态的受力分析 材质性能要求等因素，将热处理工艺加以 在调质前加一次正火处理，用等温淬火代替 淬火+低温回火，下面对等温淬火热处理工艺 阐述。 51在粗加工前的正火处理 利用通用成熟正火处理工艺对40CrNi 1本钢机械制造有限责任公司第一机修厂工程师，辽宁省本溪市1 17000 09曼莹_1第， 期!墨 27 靼) y2 e cflIcom 一量鼓意l 囊 麓 行正火处理。由于该钢种是低合金钢，为减小正 火产生的应力，附加回火处理(见图2)。 图2正火处理工艺曲线 说明： (1)环形轨道一般采用低温人炉，控制升温 速度进行分段预热。在600650以下，升温速 度宜控制在50100Eh，高于600650时可控 制在80120，l1，在铁素体一奥氏体相变温度范 围内，则应尽可能快的加热。在600650保温1 次(预热)，时间12 h，根据铁一碳平衡相图， 等温转变曲线，确定奥氏体化温度为870； (2)正火工艺要点：加热温度要足够高，要 求得到均匀单相奥氏体组织，工件透热均温后再 于空气中自然冷却； (3)正火的目的：细化晶粒，消除内应力， 改善钢的切削加工性能，同时也可消除由于截面 尺寸不同在结晶过程中产生的显微组织的不均匀 性。为降低正火后的硬度和消除内应力，得到良 好的机械加工性，还应进行附加回火，回火后硬 度HB229 52在精j,-r-前的调质处理 调质热处理工艺类似正火处理(见图3)。 图3调质处理工艺曲线 说明： (1)调质和正火曲线的区别在于淬火冷却介 质选择不同，调质淬火冷却介质为油。因为合金 元素的影响，使其具有良好的淬透性，油淬使其 冷却速度减小，从而减小形变应力，防止开裂。 同时也能达到工件使用中要求的强度、硬度和耐 磨性的较好配合，处理后的硬度HB 230-260； (2)淬火后及时清洗，防止零件腐蚀开裂， 要经常校正车间的仪表和热电偶。淬火加热时要 涂保护涂料，烘干后(100200)方可升温； (3)调质目的：机体中已基本消除残余应力， 32 2009辱第1期总127期) yzjscfhicom 熟纫r。 警黧 组织为索氏体，使钢具有良好的综合机械I生能。 53精加工后的等温淬火 等温淬火是新工艺过程的重要环节(见图4)。 图4等温淬火工艺曲线 说明： (1)等温淬火使用的热盐浴温度是下贝氏体 相变温度范围，该温度可保证工件心部和表层冷 却速度都大于其临界淬火冷却速度，由钢的等温 转变曲线确定其盐浴温度为220240； (2)等温时间的控制：要求保证工件各处的 温度均匀，又能基本上保证过冷奥氏体完全转变 为贝氏体组织，使其从盐浴中取出后的冷却方式 不影响其性能，可用空冷； (3)等温盐浴为硝盐浴：50KNO +50 NaNO 熔点为220 oC，使用温度为250500 oC。等 温处理后要用热水冲洗； (4)等温淬火目的：处理后得到下贝氏体组 织，使该轨道板在静载荷下有较低的缺口敏感性 和裂纹敏感性，在交变载荷下有较低的疲劳缺口 敏感性，同时使其抗冲击、强度、硬度满足工作 需要。 6结语 (1)装炉时各轨道之间要有空隙，变形要小 于或等于1； (2)电铲环形轨道等温淬火的最佳方案：加 热至850奥氏体化，在220 240进行等温淬 火，等温停留90 min，出炉要用热水清洗； (3)经过一系列处理可获得0rb=l 998 MPa， HRC 493+1(表面)，HB 300350(心部)、淬硬 层为15 mm左右。组织为均匀分布的下贝氏体+少 量回火马氏体； (