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42CrMo活塞桿中頻感應(yīng)調(diào)質(zhì)工藝研究

原創(chuàng)： 蔡軍 感應(yīng)加熱世界 

作者：蔡軍

單位：無錫先鋒熱處理有限公司

來源：《金屬加工（熱加工）》雜志

一、概述

我國是世界自然資源浪費最嚴(yán)重的國家之一，在59個接受調(diào)查的國家中排名第56位。另據(jù)統(tǒng)計，中國的能源使用效率僅為美國的26.9%，日本的11.5%。因此，推進(jìn)節(jié)能減排，可謂迫在眉睫。熱處理是機(jī)械工業(yè)的重要組成部分，是現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)鏈上不可或缺的極其重要環(huán)節(jié)，是制造業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)。然而，熱處理是機(jī)械制造業(yè)的用能大戶，熱處理行業(yè)的節(jié)能、降耗有著較大的空間，潛力很大，同時也是減排重點。如何節(jié)約能耗，提高生產(chǎn)效率，降低成本，在市場競爭中建立自已的品牌是整個行業(yè)和每個企業(yè)面臨的首要問題。

活塞桿的調(diào)質(zhì)，以前是用普通箱式或臺車電阻爐加熱淬火的，這樣在實際生產(chǎn)中既耗費了很多時間、人力，又很難滿足客戶的交貨期和產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展趨勢，感應(yīng)加熱技術(shù)在熱處理中的應(yīng)用越來越廣泛，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。感應(yīng)加熱設(shè)備既能達(dá)到節(jié)能、減排、優(yōu)質(zhì)、高效的目標(biāo)，也使產(chǎn)品質(zhì)量品質(zhì)、成本控制在市場上處于一定的檔次。本文重點是對活塞桿采用臺車電阻爐和中頻感應(yīng)加熱設(shè)備進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理后的組織和性能作比較和分析。

二、42CrMo的化學(xué)成分 

42CrMo是活塞桿使用比較廣泛的材料。42CrMo鋼是超高強(qiáng)度鋼，具有高強(qiáng)度和韌性，淬透性也較好，無明顯的回火脆性，淬火時變形小，調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌度良好，高溫時有高的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。42CrMo鋼的化學(xué)成分如表1所示。

三、42CrMo活塞桿的調(diào)質(zhì)工藝

我們對42CrMo活塞桿（如圖1所示）分別制定了中頻感應(yīng)調(diào)質(zhì)工藝和普通臺車電阻爐的調(diào)質(zhì)工藝。

1. 中頻感應(yīng)調(diào)質(zhì)工藝

根據(jù)實際零件尺寸合理選用了孔徑為90mm的感應(yīng)線圈，淬火感應(yīng)線圈6個，回火感應(yīng)線圈5個，淬火使用500kW的中頻電源，回火使用300kW的中頻電源，冷卻用了7.5kW的離心式水泵帶動噴水圈噴水，并使用了一個50t的水冷卻塔，保證其水溫不超過40℃，上下料為氣動裝置和接近開關(guān)，實現(xiàn)自動上料和下料。

通過自動上料→感應(yīng)加熱→冷卻（淬火）→感應(yīng)加熱（回火）→自動下料并在連續(xù)作業(yè)生產(chǎn)線上完成了整個調(diào)質(zhì)工藝。

（1）自動上料  將零件經(jīng)人工放至上料臺，經(jīng)輸送裝置以旋轉(zhuǎn)方式送入。 

（2）感應(yīng)加熱  通過輸送裝置的穩(wěn)速運(yùn)行，將零件送入淬火感應(yīng)線圈中，通過固定式紅外測溫儀測溫，對零件進(jìn)行預(yù)熱→測溫→升溫→測溫的溫度控制，達(dá)到淬火溫度進(jìn)入高壓噴水裝置冷卻，完成淬火過程。 

（3）回火  冷卻后的零件經(jīng)輸送裝置的穩(wěn)速動行，將零件送入回火感應(yīng)線圈進(jìn)行回火，后送入下料區(qū)。 

（4）自動下料  零件進(jìn)入自動下料平臺冷卻。

中頻感應(yīng)調(diào)質(zhì)的工藝曲線如圖2所示。

在實際生產(chǎn)過程中，淬火時經(jīng)固定式紅外測溫儀實測淬火溫度860℃，中頻頻率為2.5kHz，功率310kW，回火溫度600℃，中頻頻率2.7kHz，功率105kW，速度4min/m。

2.普通臺車電阻爐調(diào)質(zhì)工藝   

選用一臺150kW的長度為6m的臺車電阻爐進(jìn)行淬火和回火，先將臺車電阻爐預(yù)熱，后將零件裝入爐膛，加熱到淬火溫度保溫，然后淬入8%氯化鈉水溶液中，帶溫出水（由于設(shè)備限制，沒有這么大的油池），待其冷卻后，進(jìn)行硬度的檢驗，確定其回火溫度再放入臺車電阻爐內(nèi)回火。工藝曲線如圖3所示。

在進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理時應(yīng)注意：調(diào)質(zhì)保溫時間要充足，使工件完全奧氏體化；淬火時必須要預(yù)冷，以防造成工件開裂；檢查回火爐控溫是否準(zhǔn)確，把工件平穩(wěn)放入爐膛中心，使工件受熱均勻，才能得到理想的回火組織。

四、試驗數(shù)據(jù)與分析

1. 硬度

經(jīng)過中頻感應(yīng)和臺車電阻爐調(diào)質(zhì)后，我們在活塞桿的中間取一段進(jìn)行硬度檢驗，硬度檢驗使用臺式洛氏硬度計，圖4為中頻感應(yīng)調(diào)質(zhì)后的試樣，長度為50mm，圖5為臺車電阻爐調(diào)質(zhì)處理后的試樣，經(jīng)過車床加工平面，再用砂紙磨光。兩種不同調(diào)質(zhì)處理后的硬度數(shù)據(jù)如表2所示。

    2. 金相組織 

   我們?nèi)≡嚇影霃?/span>的1/2處，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕后用500倍的金相顯微鏡觀察兩種不同調(diào)質(zhì)處理后試樣的金相組織。圖6是中頻感應(yīng)調(diào)質(zhì)處理后的金相組織，圖7是臺車電阻爐調(diào)質(zhì)處理后的金相組織。

    3. 試驗結(jié)果分析

（1）活塞桿采用中頻感應(yīng)調(diào)質(zhì)處理后具有更好的力學(xué)性能及硬度的均勻性，其原因主要是感應(yīng)加熱速度快，保溫時間短，晶粒更為細(xì)小。    

（2）從金相組織可以看出：兩種不同方式的調(diào)質(zhì)處理都得到了顯微組織基體為回火索氏體和少量鐵素體，索氏體晶粒度級別為4級，使材料具有較高的強(qiáng)度，又有良好的塑性，是保證活塞桿調(diào)質(zhì)后具備優(yōu)秀綜合性能的重要條件。

（3）中頻感應(yīng)調(diào)質(zhì)加熱速度快，可以成倍提高加熱設(shè)備的生產(chǎn)率，可與其他工藝設(shè)備組成連續(xù)的生產(chǎn)線；加熱時間短，效率高，感應(yīng)加熱設(shè)備的效率可達(dá)60%～70%，電阻爐的加熱效率只有40%左右；感應(yīng)加熱爐，由于散熱損失少，車間溫度大幅降低，感應(yīng)加熱不產(chǎn)生煙氣和煙塵，凈化了車間工作環(huán)境，改善了車間的勞動條件；加熱時間短，氧化脫碳傾向小。

五、結(jié)語

從上面的試驗中可以看出：采用中頻感應(yīng)調(diào)質(zhì)處理，加熱速度快，保溫時間短，調(diào)質(zhì)處理后的材料晶粒細(xì)小、強(qiáng)度高、基本無脫碳層。配合機(jī)械式傳送裝置，活塞桿可以實現(xiàn)整體均勻加熱，使其淬火后不易變形，無需矯直即可實現(xiàn)較高的彎曲度。