低碳马氏体在Y27工作台上的应用

陈贵清

(重庆三峡职业学院 重庆 404002)

Y27系列液压机产品工作台是用Q235A焊接而成的结构件，由于Q235A钢属于低碳普通结构钢，其强度低，表面抗接触应力低。以前生产的产品用户在使用过程中出现了在工作台表面换模时将工作台表面碰伤，有些模具接触面积过小而赞成工作台面有严重的压塌现象，严重影响产品的使用精度。因此提出了提高工作面强度的要求。

1 试验方法

（1）方案的确定。为提高大平面Y27系列液压机产品工作台的表面强度，最初的设计方案有：①工作台面材料采用35钢；②对Q235A工作台表面进行挤压强化加工。通过分析和了解35钢供货状态材料的硬度也只有170HB左右，并且市场上采购价格远高于Q235A较多，采购途径难于Q235A，焊接性能也低于Q235A；而表面挤压工艺虽然能提高表面硬度20~30HB，但在公司目前设备上无法有效进行实施。在这种情况下我们提出对工作台表面进行淬火强化处理工艺方案。根据Q235A材料的化学成分和生产特点，我们提出几套热处理工艺方案，通过工艺对比分析得出表面淬火加热温度在950℃左右，直接进行喷水淬火效果较好，工件得到的表面硬度在280HB以上。在表面热处理时有效控制表面比功率，延长加热时间，使工件加热深度提高的办法提高工件的淬火深度，达到提高工件表面强化深度，增加表面抗压能力的要求。

（2）工艺试验。Q235A钢是普通碳素结构件，其化学成分中碳含量在0.14%~0.22%之间，相当于优质碳素结构件15或20号钢的碳含量，其在完全奥氏体化后进行完全淬火，硬度值理论上可达到35HRC左右。由于低碳钢淬透性较差，端淬试验表明，其临界直径在10~15mm，如果进行表面处理其淬硬层深度一般不超过5mm，正常处理时表面硬度应在270~300HB之间。Q235A的Ac3在855~860℃左右，正常淬火温度应在900℃左右，表面淬火温度可取920~950℃。工艺试验时选用Φ30直径Q235A棒料，长度为200mm，在GP-100上进行连续加热淬火，采用自身喷水式连续淬火感应器，淬火介质选用淬火用水，淬火温度选择在920~950℃之间，多次试验淬火后硬度范围均在28~34HRC之间。

（3）生产试验。由于Y27系列工作台板面较大，不可能一次同时加热淬火，生产实验中采用的设备是SSF-80型超音频设备，频率为10~40kHz,感应器为双回线平面连续淬火感应圈，如图所示，图中上边的导体起预热作用，下边的导体起加热和喷水作用，由于双回线导体中，高频电流方向相反，平面上的感应电流也是相反的，为提高感应加热效果，在加热圈上安装导磁体以提高加热效果。通过工艺试验使工作温度达到920~950℃，淬火后检测产品表面硬度可稳定保持在28~32HRC，完全达到预期标准。

2 结果分析

在双回线平面连续淬火感应圈中，由于双回线导体的高频电流方向相反，平面上的感应电流也是相反的，所以两个导体的间距不能太近，太近了会使两导体产生的涡流相互削弱，也不能太大，大了预热的效果会降低。按资料介绍一般间距选在感应器与工件间距的5倍左右，淬火时感应器与工件间距一般选2~3mm,两回线间距选择为12mm，为提高感应加热的导磁效果，在加热圈上安装导磁体以提高加热效果。加热导体兼作喷水圈用，在相对工件面的下方并排钻ф2通孔。由于工作台平面大，需要经过多次并排重复淬火，为防止第二轮淬火时对第一条淬火带造成回火，在感应器的两边上也钻孔喷水孔进行喷水处理防止回火。为减少两个淬火带中间的软带区域宽度，两个淬火带的间距控制在5mm以内。

低碳马氏体是淬火时马氏体中碳当量较低的板条马氏体组织，可通过低碳钢经急冷淬火或中高碳钢在部分奥氏体化后得到。由于在过去的认识中人们认为低碳钢淬不硬，不能进行强化处理，也因此说不能进行淬火强化，所以在生产中根本不使用。但从金属学原理上讲,低碳钢通过淬火是可以强化的，其热处理工艺为将工件加热到920~950℃时,使用冷却能力较大的冷却介质进行淬火处理，随后根据需要可进行回火或自回火处理。资料介绍由于低碳钢的临界淬火速度很大，要求进行强烈冷却，淬火介质一般建议选用10%~15%的NaOH水溶液或10%的NaCl水溶液，而对表面淬火因采用的是喷射冷却，因此选用普通淬火用水也能达到一样的效果。

低碳钢经过淬火和低温回火后可以得到的低碳板条状马氏体的机械性能兼有高的强度和良好的塑性、韧性等综合机械性能，同时还有低的冷脆转变温度。在静止载荷，疲劳及多次冲击载荷下，其缺口敏感性及过载敏感性都较低，并且还具有低的疲劳缺口敏感度，低碳马氏体有高的多次抗冲击能力，其多次冲击抗能力优于中碳钢调质。在工艺性能方面，它保持了低碳钢所固有的优良的冷成型性和焊接性，最小的脱碳倾向性能，淬火变形及开裂倾向都小，而且具有较好的抗磨损性能。低碳马氏体钢以淬火加低温回火代替传统的中碳钢调质工艺已得到了很多方面的应用，其某些性能还高于中碳钢调质处理。

3 结语

通过工艺实验及生产试验结论，Q235A钢虽然是普通碳素结构件，其碳含量只在0.14%~0.22%之间，但也是可以通过淬火进行表面强化处理的，其正常处理时表面硬度在280~300HB之间。从2007年起，已处理了多台Y27系列产品工作台，在用户处反映良好，目前该技术已在所有机型上进行使用。

改进建议：根据低碳马氏体具有强韧性的原理，我们在淬火后未进行专门的回火处理，而是采用的自回火的办法。但由于低碳马氏体淬火后仍存在内应力，其第二类应力可达50~60MPa，会产生组织不良，当工件形状不佳时，其应力仍可导致工件产生变形。所以建议对精度要求高及产品复杂的零件应进行回火处理；在淬火过程中严格按工艺进行保证淬火质量，在大面积的淬火过程中严格控制淬火交接带及淬火重叠问题，控制软带的宽度。