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行业动态

环形导轨工艺流程为:锻造→正火→粗铣→超声波探伤→调质→半精铣→表面淬火→着色探伤→精铣→入库。


1.正火处理

大型锻件常常存在成分与组织不均匀、晶粒粗大等缺陷,锻后进行正火处理,可达到细化晶粒,消除内应力,改善钢的切削加工性能,消除由于截面尺寸不同在结晶过程中产生的显微组织的不均匀性,为后序表面淬火作组织准备的目的。为降低正火后的硬度和消除内应力,得到良好的机械加工性,还应进行附加回火。


2. 调质处理

在环形导轨粗铣并超声波探伤后进行调质处理,工艺类似正火处理,工艺曲线如图3所示。为了得到更大的淬硬层深度,淬火冷却介质采用体积比为8%浓度的PAG合成淬火液。通过淬火和高温回火处理后,表层硬度达到32~36HRC,满足设计要求。


3.表面淬火工艺参数

设备频率的选择

为保障工件表面淬火硬化层的深度,电流的透入深度Δ热应大于所要求的淬硬层深度δ。经验表明,δ≥Δ热/4,而以δ=Δ热/2为最佳。由可知,理想的频率为1200~1500Hz。经过电源局部改造,即更换低频电容和变压器,可使卧式淬火机床电源频率达到1400~1500Hz,满足淬火设备频率要求。


感应器设计及导磁体的选择

根据环形导轨淬火面形状,感应器设计成仿形平面淬火感应器,即2根铜管加热,其中一根铜管上带喷水孔,实现边加热边冷却的连续淬火方式。先将φ16mm紫铜管用拉方工装制成截面14mm×11mm的方铜管,然后进行弯形、开孔,然后与紫铜板焊接而成。

为提高加热效率,采用导磁体减少磁力线的逸散,它是平面与内孔感应加热不可缺少的附件。此外,导磁体可进一步强化外表面加热和局部加热,改善复杂形状工件加热区的磁场分布,以获得均匀的温度分布。根据导磁体的驱流作用,将其装卡在铜管上。导磁体的材料通常有铁氧体、硅钢片和矽钢片,试验证明,中、高频导磁体对电源振荡波形图有较大干扰,使加热状态极其不稳定;因此,在低频率淬火时应使用低频矽钢片导磁体,且以厚度≤0.2mm为佳。

淬火感应器上钻有与底面成45°、φ1.5mm的斜孔,孔间距以3mm为宜。为防止淬火液倒流,影响加热效果,除喷水孔与淬火面呈一定角度外,还应在感应器前方增加空气吹扫装置,以及时带走回流飞溅的冷却液。


淬火温度的选择

由于感应加热速度快,奥氏体转变在较高温度下进行,在一定的加热速度范围内,临界点随加热速度的增加而提高;另由于感应加热一般不进行保温,为了在加热过程中能使先共析铁素体(亚共析钢)等游离的第2项充分溶解,要求感应加热表面淬火温度采用较高的加热温度。一般感应淬火温度比普通淬火温度高30~200℃。40CrNiMoA奥氏体化温度为835℃,普通淬火温度为860~880℃,感应淬火温度初步选为880~900℃。试验证明,采用偏下限的淬火温度时,淬火硬化层深度只有6.5~7mm;而采用偏上限的淬火温度,虽然淬火硬化层深度可以达到10mm以上,但淬火面两边易出现淬火裂纹。


淬火速度及工件与感应器之间的间隙选择

中、高频连续淬火速度一般以3~5mm/s为宜,而对于低频连续淬火,为了得到更深的淬硬层,在保障表面不过热条件下,可采用降低比功率,延长加热时间,增加工件与感应器的间隙,以及预热处理等工艺方法。试验表明,在淬火温度保持不变的前提下,当淬火速度为1.5~2mm/s时,淬硬层深度达到10.5mm;当淬火速度为3mm/s时,淬硬层深度为8.5mm。试验中发现,在低频淬火时,感应器与工件之间的间隙较常规中、高频淬火的间隙大,这是因为低频淬火时,产生的磁场更强,感应器与工件之间会产生较大的吸引力,可能会导致感应器与工件接触而烧伤工件表面;但感应器与工件之间的间隙也不能太大,否则会减小涡流的透入深度,从而影响淬火硬化层深度。试验证明,工件与感应器的间隙取6~7mm较为合适。


冷却介质的选择

感应淬火的冷却速度和冷却均匀性是十分重要的参数,如果淬火冷却介质的冷却性能不良或冷却方式不佳,均有可能造成淬火裂纹或其他缺陷,而40CrNiMoA属于低合金高强度高,淬透性较好,资料显示,该钢水淬时较大淬透直径可到100mm,但水淬时容易产生裂纹。冷却速度太快和淬火冷却不均匀均易引起不同程度的裂纹。试验证明,当淬火水温为30℃喷水冷却时,在环形导轨边角处容易出现不同程度的淬火裂纹。通过磨削后着色探伤检测可知,裂纹深度≤0.5mm。淬火喷射压力越大,淬火裂纹数量越多,这是因为随着喷射压力的提高,喷出的水柱越强劲,冷却的均匀性越差,淬火裂纹自然也越多。实践证明,采用体积比为0.1%~4%浓度的PAG合成淬火液喷冷时,对抑制裂纹效果不明显;当浓度>4%时,虽能有效抑制裂纹的产生,但浓度提高后冷却能力下降,淬火硬化层深度也随之下降。在把淬火硬化层深度作为先要满足要求的前提下,通过对比试验,结果表明,选择喷水冷却,控制喷射水压在0.15~0.2MPa,同时淬火前进行预备热处理,能大幅抑制淬火裂纹的产生。


淬火变形校正方法

尽管采取了多种减小淬火变形的方法,但是淬火变形仍不可避免,且淬硬层越深,变形越大。环形导轨表面淬火变形规律为淬火面中部凸起,两端下凹,通过多次试验,测出淬火面中部凸起较大值为7.5~8mm。由于导轨面硬度高达48HRC以上,且淬火硬化层深度>10mm,采用常规的冷压校直法和热校直法均难以校正。根据多年的现场实践经验,采用“拉背”技术校直法,可将变形校正在合适范围。


所谓“拉背”技术校直法,即对淬火面背面进行加热,找出工件凸起部位,以较高点为中心,两头各一段距离,以一端为起点,通过感应加热此区域,采用连续加热法加热淬火面背面,加热温度同淬火温度,以移动至另一端为终点;然后对加热部分进行激冷,使加热部位迅速收缩,以达到校正的一种方法。通过此方法进行校正,可将淬火变形控制在≤1mm,满足加工余量要求。“拉背”技术校直法的重点在于找出合适的加热部位,控制好加热温度和感应器移动速度,加热完后进行激冷,校正后需要进行回火处理。因为工件畸变矫正的实质是通过外力作用于工件,使其产生与原变形方向相反的变形,从而相互抵消,达到矫正的目的。由于外力的作用产生相反的变形,工件内部必然产生相应的内应力,此应力也称工件的校直应力。若不对其进行消除,工件在后续的加工或使用过程中产生的应力与该应力合成,当合成应力超过工件的屈服极限时,工件就会产生塑性变形,出现新的畸变。



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