不同材料引导轮的感应热处理研究

■ 刘美娜，赵燕堂，张英超，郭静

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1. 概述

工程机械产品底盘件中的引导轮主要用来引导履带正确绕转，防止其跑偏和越轨，引导轮需要与链轨接触，要求具有一定的耐磨性，常通过感应热处理来提高其使用寿命。引导轮常用的有铸造和焊接式轮体，焊接式引导轮由辐板、轮圈和轮毂组成，通过焊接成为引导轮体，引导轮的热处理部位为轮圈表面，常用的材料有35、45、35Mn等，35钢因价格优势被很多厂家采用，然而不同的主机厂对引导轮的耐磨性要求不一样，为了满足高端客户的耐磨性要求，选用的材料尤为关键，35MnB是含硼的合金结构钢，由于具有良好的淬透性及热处理工艺性能，现已广泛应用于工程机械履带底盘件的支重轮轮体、履带链轨节、齿块等，但在引导轮中的应用还不广泛，此外在实际的热处理生产环境下采用实体剖切检验的手段对比35、35Mn、35MnB的热处理性能的文章还很少见。本研究通过引导轮体实体剖切检验的方式研究不同材料对热处理结果的影响，旨在满足不同客户的耐磨性要求，为引导轮材料的选择和工艺试验提供有力的数据支撑。

2. 试验用钢及试验方法

试验用钢为公司长期合作的钢厂提供，均满足相应标准要求，三种材质轮圈的化学成分分析结果如附表所示。三种材料使用的是相同的热处理工艺：900℃感应加热→淬火冷却介质中淬火→180℃低温回火，保温3～5h。

3. 试验结果及分析

（1）组织及晶粒度分析 三种材料的引导轮在热处理之后进行组织及晶粒度检验，结果如图1、图2所示。

图1、图2中材质为35钢的引导轮体淬硬区的组织为回火马氏体+残留奥氏体，晶粒度为8级，基体区为珠光体和铁素体，晶粒度6级；材质为35Mn的引导轮体淬硬区的组织为回火马氏体，晶粒度为8级，基体区为珠光体和铁素体，晶粒度7级；材质为35MnB的引导轮体淬硬区的组织为回火马氏体，晶粒度为8.5级，基体区为珠光体和铁素体，晶粒度6级，可得在此相同工艺下三种材质的淬硬区及基体区的组织及晶粒度均满足≥5级的要求，35Mn和35MnB的淬硬区组织均为回火马氏体，说明淬火比35钢充分。

三种材质的轮圈的化学成分（质量分数） （%）

图1 三种材料淬硬区的组织及晶粒度（400 X）

图2 三种材料基体区的组织及晶粒度（100 X）

（2）硬化层及表面硬度分析 图3为三种材料的轮体实体剖切腐蚀形貌，图4为洛氏硬度检验位置及三种材料淬硬层深对比。从图4可知在相同工艺下，材料的淬透性越好，其淬硬层深越大， 随着Mn、Cr等提高淬透性合金元素含量的增加，能显著提高引导轮的淬硬层深，尤其是R弧处的淬硬层深，35MnB是35Mn的3倍以上。有试验研究表明，在wCr≤20%时，其含量变化对35MnB钢的淬透性有很大的影响。本研究中的淬硬层变化与之相符合，三种材料的化学成分变化最大的是Cr，其他元素相差不大。三种材料对Cr含量的标准要求都是≤25%，但实际剖切的化学成分相差较大，对于热处理质量稳定可控必然要增加对Cr含量的限定。从理论上分析，由于Cr元素可以延长相变孕育期，使等温转变图向右移动，随着Cr含量增加，珠光体转变向高温移动，贝氏体转变向低温移动。在淬火过程中，即使冷却速度较慢，在到达马氏体转变温度前，过冷奥氏体也不会产生珠光体和贝氏体转变，因此钢的淬透性明显提高，所以在钢中需要控制Cr含量，需按照其他对淬透性有重要影响的合金元素一样规定上下限。钢的淬透性及实际热处理的淬硬层结果与工艺参数的设定和材料多合金元素的相互影响有密切关系。

基体硬度：35MnB＞35Mn＞35，35Mn与35基体硬度相差不大。

表面硬度：三种材料的轮体经过热处理后表面硬度在51～53HRC，三者相差不大，这与三者的C含量相差不大有密切关系。

4. 结语

图3 三种材料的轮体实体剖切腐蚀形貌

图4 洛氏硬度检验位置及三种材料淬硬层深对比

在相同工艺条件下， Cr含量增加能显著提高引导轮的淬硬层深，尤其是R弧处的淬硬层深，35MnB是35Mn的3倍以上，基体硬度：35MnB＞35Mn＞35，35Mn与35基体硬度相差不大，通过相同工艺下不同材料的热处理试验对比，可以选择满足不同客户要求的耐磨性材料，为引导轮材料的选择和工艺试验提供有力的数据支撑。