我公司生產的新型全液壓推土機中央傳動中安裝有導套，該件與法蘭盤配合，起著導向和固定作用，由于其配合精度要求較高，并且需要較高的硬度來提高耐磨性，又由于該件屬于薄壁件（5mm），熱處理容易變形，其熱處理難度較大。本文針對該件提出幾種熱處理方案，并對各方案進行分析討論，選擇出最合理的熱處理工藝。
1.導套概況
件名：導套，設計材料為：ZG35SiMn，P部要求感應淬火，硬化層深度：1.5～2.5mm，表面硬度：52～60HRC，導套的示意如圖1所示。
該件的設計工藝路線為：鑄造→正火→粗加工→調質→精加工→感應淬火→磨內外圓。該件屬于薄壁件，壁厚5mm左右，感應熱處理時熱影響區較大，感應熱處理后變形較大，部分件橢圓變形，由于變形大磨削后部分位置硬化層深度不足，不能滿足使用要求。該件的化學成分如表1所示，滿足ZG35SiMn化學成分要求。感應熱處理前各工序檢經測均無問題。
表1 化學成分（質量分數）（%）
C | Si | Mn | S | P | Cr | Mo | Ni | Al | B | DI值 |
0.50 | 0.72 | 1.23 | 0.013 | 0.020 | 0.076 | 0.014 | 0.035 | 0.031 | 0.0016 | 84 |
2.檢測
為減小熱影響區，設計專用的外圓噴水冷卻套（見圖2），在加熱時對加熱部位對應的外圓處進行噴水冷卻，以減小熱量的擴散和熱影響區來減小變形。經過多次試驗，變形問題仍未解決，調整冷卻水流量、壓力、感應淬火頻率、功率等調整仍不能解決變形問題，檢測結果如表2所述。
表2 感應淬火變形量檢測（mm）
序號 | 加工尺寸80±0.02 | 感應后尺寸 | ||
1 | 79.99 | 79.98 | 80.15 | 79.30 |
2 | 79.98 | 79.98 | 80.18 | 79.48 |
3 | 80.01 | 80.02 | 80.10 | 79.94 |
4 | 80.00 | 80.02 | 80.11 | 79.93 |
選取變形較大的件進行剖檢，剖檢結果如圖2、圖3所示。該件磨削完成后表面硬化層深度僅為0.603mm，達不到要求，金相組織為：回火馬氏體+鐵素體，表面硬度54～56HRC，晶粒度9級，心部硬度315HBW。
（a）
（b）
圖3 表面硬化層深度及金相組織
圖4 心部組織
感應淬火工藝不能滿足設計要求，多次調整工藝參數及工裝均無法解決問題，我公司設計人員和工藝人員反復討論設計兩種解決方案：
（1）將該件材料改為20CrMnTi，采用滲碳熱處理提高其耐磨性，工藝路線為：下料→鍛造→正火→加工→滲碳直接淬火→磨內外圓；表面硬度為：58～63HRC，硬化層深度1.5～2.5mm，硬化層晶粒度≥8級，殘留奧氏體≤20%，碳化物≤3級。
（2）將該件材料為ZG35SiMn，采用離子氮化熱處理提高其耐磨性，工藝路線為：下料→鍛造→正火→加工→調質→加工→磨內外圓→離子氮化。表面硬度≥613HV1，氮化層深度≥0.3mm，滲氮層疏松級別≤3級，滲氮層氮化物級別≤3級。
3.試驗
對上述兩種工藝方案我公司各制作20件試驗件，進行工藝試驗。
（1）滲碳工藝試驗
根據工件材料、結構及相關技術要求等，確定導套的滲碳熱處理工藝，其滲碳熱處理工藝流程如圖5所示。
滲碳直接熱處理前后檢測變形量，對比結果如表3所示，變形量大的問題仍然存在，出現橢圓變形，且磨削加工后仍無法完成消除變形問題。
表3 感應淬火變形量檢測 （mm）
序號 | 加工尺寸80±0.02 | 滲碳后尺寸 | ||
1 | 79.99 | 79.99 | 80.07 | 79.50 |
2 | 79.99 | 79.98 | 80.06 | 79.38 |
3 | 80.00 | 80.00 | 80.03 | 79.93 |
4 | 80.02 | 80.01 | 80.01 | 79.93 |
對滲碳導套進行剖檢，其金相組織為馬氏體和碳化物，馬氏體級別為3級，碳化物1級，硬化層深度1.8mm，如圖6所示，滿足金相組織要求。
（a）
（b）
圖6 20CrMnTi滲碳導套剖檢結果（500×）
（2）離子氮化工藝試驗
根據工件材料、結構及相關技術要求等，確定導套的離子氮化熱處理工藝，離子氮化工藝的主要參數及離子氮化工藝過程如圖7所示。
檢測離子氮化前后導套內徑尺寸，對比結果如表4所示，變形量大大減小，滿足要求。
表4 離子氮化變形量檢測 （mm）
序號 | 80±0.02 | 氮化后尺寸 | ||
1 | 80.01 | 80.00 | 80.00 | 79.99 |
2 | 80.00 | 80.02 | 80.01 | 80.02 |
3 | 80.01 | 80.02 | 80.03 | 80.02 |
4 | 79.98 | 79.99 | 80.01 | 80.02 |
氮化層表面硬度為：685～710HV1，氮化層深度為0.40mm，氮化層脆性為1級（見圖8），氮化為級別為2級，均滿足要求。
4.結語
通過以上三種措施對比發現，離子氮化工藝可大大減小工件的變形量，通過裝機驗證，主機工作2000h，無任何導套質量問題的反饋；2000h后拆檢導套，磨損層非常小，幾乎可以忽略。
作者：王孟，谷浩鵬，王忠，馮顯磊，謝玲珍
單位：山推工程機械股份有限公司
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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