42CrMo超长齿条热处理淬火工艺

2013-08-02中冶京诚营口装备技术有限公司辽宁115000李云亭薛建博

金属加工(热加工) 2013年9期

中冶京诚（营口）装备技术有限公司（辽宁 115000）李云亭薛建博

我公司订货的42CrMo齿条精加工尺寸：宽350mm，高300mm，总长度为41m，齿形为人字齿，齿高65mm。此齿条共分5段，粗加工：头段长度约10m，单重11t一根；中段约8m单重8t三根；尾段约8m单重7t一根，总重42t。其制造过程为：炼钢→80MN油压机锻造→粗加工→热处理调质→硬度检验→半精加工→人工时效→精加工。该齿条化学成分见表1。

表1 42CrMo齿条化学成分（质量分数）（%）

齿条热处理调质许可变形量≤30mm（即≤3mm/m），调质硬度要求280～320HBW。热处理难度很大，淬火过程中极易发生扭曲变形。

1.传统加工方式

（1）台车炉加热后经油冷淬火处理用4m×10m台车炉，5件同装一炉，工件间距200mm。利用链子起吊单件油冷淬火，淬火初期需上下窜动，保证淬火过程中出现的蒸汽膜被打碎，否则淬火不均匀，硬度低。利用同样大小另一个台车炉进行回火，回火过程中需校直机热校直。

优点是可同炉加热处理，缩短整体工艺周期，油冷淬火可以保证淬火过程中不易开裂。

缺点：①变形大。细长工件从台车上将工件用链子两点起吊进入油池中，由于油冷过程时间较长（60min），工件会出现两端及中部下沉弯曲，工件形成M形弯。②容易出现性能不合格。由于300mm截面10m长的工件形状不规则，两点起吊，很难找平衡，淬火过程中很难上下窜动，会出现淬火初期蒸汽膜未及时打碎，冷却不足，硬度达不到要求。③事故隐患大。工件在油池中上下窜动容易出现歪斜，一头掉入油池底部，一般油池底部都会沉积水，因工件很难从油池底部取出，工件会在池底被淬裂。④增加校直工时和能源消耗。回火过程中额外增加热校直工序和回火保温时间，5件校直后，需回炉进行校后回火保温。

（2）井式炉加热后立式淬火处理仿照转子等长轴件立式加热方式，需设计和制作专用挂具（约10t重），并在工件一端留500mm余量，加工吊装孔穿销子进行吊挂，保持工件竖直，利用井式炉立式单件加热。在筒形淬火槽中，实现立式淬火。回火在另一台井式炉中进行。

优点：淬火过程安全，工件变形量很小，可以保证加工尺寸，无需增加校直工序。

缺点：①增加生产周期。因需单件装炉，整个工艺周期是台车炉的5倍。②能源消耗大。加热时单件装炉，附具重量和工件重量相同，总体能源消耗是台车炉的3～5倍。③增加制作费用。吊具设计和制作会增加成本，工件长度方向留量过大（增加吊装孔），加工工时增加。

2.新方案分析

根据生产此类产品时传统工艺过程的弊端和局限性提出以下新方案：采用台车炉5件同炉加热，垫铁高度500mm，间距1500mm。采用水冷处理（喷水+喷雾）。

淬火过程：将加热后的工件用链子单件吊出炉，水平放置在预先制作的工字形钢架上，使工件淬火过程中严格处于水平状态，在钢架两侧安装喷雾装置进行喷水、喷雾淬火。

新方案采用台车炉加热，可以提高加热效率，节省工艺周期，适合批量生产。整个淬火过程在200mm工字钢的水平支撑架上进行，防止了淬火过程中由于长时间链子两点起吊而引起的变形，且淬火过程安全可控。由于水冷工艺可有效地改善锻件的综合性能，降低ΔFATT值，具有无法替代的优点，在不断提高锻件冶金质量的前提下，国内外都在重要的大锻件上越来越多地采用水冷工艺。同时本方案后期结合喷雾冷却，在保证硬度均匀的同时还可以防止淬火开裂。