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  薄壁套是煤矿挖掘式装载机的关键零部件之一,工作时承受很大的冲击载荷和摩擦,薄壁套的热处理质量和几何尺寸精度对其使用寿命有着重要影响。

  由于薄壁套在应力作用下,热处理时容易产生几何尺寸超差,加大了薄壁套的热处理难度。通过对薄壁套的热处理工艺进行分析试验,合理制定热处理工艺方案及工艺参数,从而控制了薄壁套的热处理变形。

  一、薄壁套技术参数

  煤矿挖掘式装载机的薄壁套如图1 所示,针对不同材质(化学成分见附表),其技术参数有如下两种:

  (1 )42CrMo 淬火处理,表面硬度45~50HRC。

  (2 )38CrMoAlA 调质处理+ 氮化处理,心部硬度240~280H BW,氮化层深0.2~0.4mm ,表面硬度970~1100HV。

1. 工艺方案的制定

  (1 )预备热处理 毛坯采用调质预备热处理方法,主要目的是消除锻造应力,细化晶粒,均匀组织,改善零件切削性能,降低零件切削应力,为下一步热处理工艺做组织准备。

  (2 )时效处理 为了消除零件加工过程产生的切削应力,在半精加工后增加消除应力时效处理并通入氮气防止氧化,为下一步热处理降低零件变形量做准备。

  (3 )热处理工艺 42C r M o 钢薄壁套采用快速加热至900 ℃,高温入炉,860 ℃保温淬火。缩短了高温加热时间,减少了氧化、脱碳和变形。冷却介质温度≥100 ℃,采用垂直、静止的方式在冷却介质中淬火,并及时回火以消除淬火应力。

  38CrMoAlA钢薄壁套使用离子氮化炉氮化,采用一段氮化工艺,减少零件变形。

  2. 工艺方案试验

  选用实际工件按工艺方案进行模拟试验,严格控制试验过程,确保各工序质量。

  原料一般存在较多的冶金缺陷,通过多次反复墩拔后成形,以达到消除组织缺陷、细化晶粒的目的。

  (1 )热处理工艺 亚共析钢调质处理的淬火温度一般为(Ac3+30~70)℃,42CrMo 钢的Ac3温度约为800 ℃,故淬火温度选为850 ℃,油冷(油温≥80℃);620 ℃回火,水冷,调质处理后金相组织如图2所示。

  38CrMoAlA钢Ac3 温度约为885 ℃,故淬火温度选为920 ℃,油冷(油温≥80℃);650 ℃回火,水冷,调质处理后金相组织如图3 所示。

  薄壁套半精加工后的时效处理温度稍低于调质回火温度,选580 ℃,缓慢加热和冷却,以避免产生应力为原则,并通入保护气体防止氧化、脱碳。

  42CrMo 材料薄壁套采用淬火+200 ℃低温回火工艺,38CrMoAlA钢薄壁套采用离子氮化工艺。

  (2)几何尺寸控制42CrMo钢薄壁套淬火前外圆尺寸控制在φ99. 23~φ99. 25mm;38CrMoAlA 钢薄壁套氮化前外圆几何尺寸控制在φ99.90~φ99.95mm 。

  三、工艺试验检查

  (1 )几何尺寸变量 42CrMo 钢薄壁套变形量(单面)≤0.12mm;38CrMoAl A钢薄壁套变形量(单面)≤0.06mm。

  (2 )硬度 检测设备为HR-150、HLN-11A 、HV-150,42CrMo钢薄壁套外圆、端面硬度为47~49HRC;38CrMoAlA 钢薄壁套氮化层脆性≤2 级,硬度为987 ~1003HV 。

  (3 )金相检查42CrMo钢薄壁套金相组织为针状回火马氏体,如图4 所示;38CrMoAlA 钢薄壁套扩散层有少量脉状氮化物,

四、结语

  (1 )针对薄壁套锻件应采用调质预备热处理,以更好地消除锻造产生的应力,并细化晶粒,改善切削性能。

  (2 )薄壁套氮化处理变形小,表面硬度高,因此高硬度薄壁套热处理应首选氮化处理工艺。

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