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1、工程机械中心轴淬火工艺试验分析摘要：中心轴是大型工程机械上的关键部件，外形构造特殊，承受载荷大，工况复杂，其力学性能要求较高，对重要部位的硬化层提出了特殊要求。针对某企业生产的大型挖掘机中心轴的力学性能要求，研究其外表淬火工艺方法，并对工艺参数进行了优化，这为大型工程机械中心轴外表淬火工艺研究提供了理论指导和技术支撑。关键词：中心轴；硬化层；同时加热法；连续加热法大型工程机械中心轴外形构造复杂，轴颈处耐磨性能要求高、承受载荷大、工况复杂且力学性能要求较高，需进行外表淬火工艺处理，其工艺的好坏直接影响中心轴的整体力学性能，成为近年来该领域的研究热门和难点之一。Heintzberger等1对铝硅合
2、金热处理力学性能问题进行了研究；Miao等2研究了热处理对石墨烯构造的影响；Rehan等3研究了冷作工具钢在外表淬火后冷却至室温时的奥氏体相变；钟翔山等4通过对感应加热淬火分析，提出了采用中频连续淬火方案；李月英等5研究了凸轮材料经宽带激光外表淬火前后的组织、硬度及其摩擦学特性；李超等6研究了汽车轮毂轴管锻造余热淬火工艺；刘成强等7针对焊接车架的断裂问题构建了车架构造的有限元仿真模型，研究了焊接车架断裂的原因，解决了车架构造的断裂问题；黄雪涛等8构建了载货汽车白车身焊点布置的仿真模型，讨论了载货汽车怠速振动与白车身固有频率共振，并基于焊点布置方面优化了白车身构造；王程等9研究了外表淬火方法对4
3、5钢的热扩散率和热容的影响；刘庆钢等10通过试验测试方式，研究了外表淬火工艺参数对外表淬火后外表层硬度、淬硬层深度以及外表残余应力分布的影响。前人的研究主要集中在热处理工艺对零部件力学性能的影响，对中心轴要求较高的关键部位外表淬火工艺研究的相对较少，本文在研究大型工程机械中心轴热处理工艺要求的基础上，提出了同时加热法和连续加热法两种外表淬火试验方案，为解决大型工程机械中心轴的热处理问题提供了技术参考。1试验材料及方法1.1材料及技术要求材料选取45钢，该优质碳素构造钢硬度低且易切削加工，相比普通的A3钢，45钢具有更高的强度、抗变形能力。其主要成分为Fe，45钢化学成分如表1所示。试验所选用的
4、锻件毛坯重量为52.9kg，成品重量为37.2kg。此零件承受的载荷大、耐磨度高、工况复杂，其力学性能要求较要求高，对重要部位的硬化层深度提出了特殊要求。某企业生产的大型工程中心轴如图1所示。本试验采用的中心轴热处理技术要求为：锻坯正火处理，非外表淬火区外表硬度149212HB，外表淬火区外表硬度为5259HRC，即545675HV。外表淬火区为距B端面5mm的准130mm圆柱面，其硬化层深度24mm。外表淬火R10区域硬化层深度13mm。外表淬火区长54.2mm。1.2试验方法对中心轴热处理的技术要求中，外表淬火是关键工序，需要通过工艺试验确定工艺参数。在本工艺试验中，根据公司淬火设备实际情
5、况，选择在额定功率为200kW的晶体管数控外表淬火机床上进行试验。针对中心轴热处理技术要求，制定如下试验规划：1对外表淬火区粗加工后分别采用同时加热法、连续加热法两个试验方案进行试验，外表淬火区给精加工留单边加工余量0.40.1mm。2淬火介质：水。3在硬化区取4个截面检测，每个截面取38个点检测每个点的硬度值。4个截面分别是C、D、E、F，其中，截面C、D、E分别距端面B的距离为5、25、45mm，截面F在R弧45度方向。4硬化层深度评价方法：硬度值为HV450的点到外表的垂直距离。2试验结果及讨论2.1同时加热法外表淬火试验根据工程机械中心轴外表热处理的技术要求，设计同时加热法外表淬火工艺
6、试验方案，其工件安装方式及工艺详细施行如图2所示。淬火工艺参数如表2所示。在对工件进行外表淬火处理并将检测面抛光至光洁镜面后，取C、D、E、F各截面为检测面，其硬化层截面位置如图3所示。淬火后的有效硬化层深度是指从零件外表到维氏硬度等于极限硬度那一层的距离，在C、D、E、F断面分别取0.20、1.20、2.20和3.20mm，采用维氏硬度计进行测定，检测载荷为9.807N。硬度检测时，硬度压痕应当打在垂直于外表的一条或多条平行线上，而且宽度为1.5mm的区域内，最靠近外表的压痕中心与外表的距离为0.15mm，从外表到各压痕中心之间的距离应每点增加0.1mm。当外表硬化层深度大时，压痕中心之间的
7、距离能够大一些，但在接近极限硬度区域附近，保持压痕中心之间的距离为0.1mm。在最终测量时，用垂直外表横截面上的硬度变化曲线来确定有效硬化深度。由绘制的硬度变化曲线确定出从零件外表到硬度值等于极限硬度的距离，这个距离就是外表淬火后的有效硬化层深度。当一个区域有多条硬度变化曲线时，取各曲线测得的硬化层深度的算术平均值作为有效的硬化层深度。经试验测定，各截面的硬度检测值如图4所示。从图4以及经过试验所得到的硬化曲线能够看出，经外表淬火处理后，中心轴上所选取的轴颈段各截面外表所测定的硬度值分别为653.2、603.0、612.1和599.8HV。经检定，各截面硬度全部合格。但是从图上可看出工件的热影
8、响区比拟大。这讲明在淬火试验中，对工件的加热效率较低，并且层深形状不规则。所选取的4个截面的硬化层深度分别为4.593、3.390、3.201和1.348mm。很显然，经过同时加热法所得到的硬化层深远不能完全知足技术要求。2.2连续加热法外表淬火试验经过改良试验设备的感应器构造，以及调整淬火工艺参数并通过工件的移动速度来调节硬化层的深度，将感应器与工件端面的间隙调整为2mm，功率改为160kW，对R处的淬火时间改为9s，扫描速度为100mm/min，冷却时间缩短为80s，喷淋压力、水温、余温等参数保持不变，连续加热法外表淬火工艺参数如表3所示。2.2连续加热法外表淬火试验经过改良试验设备的感应
9、器构造，以及调整淬火工艺参数并通过工件的移动速度来调节硬化层的深度，将感应器与工件端面的间隙调整为2mm，功率改为160kW，对R处的淬火时间改为9s，扫描速度为100mm/min，冷却时间缩短为80s，喷淋压力、水温、余温等参数保持不变，连续加热法外表淬火工艺参数如表3所示。面为检测面，经试验测定，各截面的硬度检测曲线如图6所示。从图6可知，截面C、D、E、F的外表硬度分别为672.9、630.0、598.7.0和670.0HV，经检定为全部合格。从图6能够看出，比照同时加热法外表淬火方案，连续加热法外表淬火试验所得到的热影响区较小，层深均匀，4个截面的硬化层深度分别为2.970、2.936、2.463和2.902mm，明显能够看出，经过改良试验所得到的产品知足技术要求。1通过同时加热法外表淬火试验和连续加热法外表淬火试验的比照分析能够得出，固然两种试验方案所得到的工件在硬度值方面均合格，但是采用同时加热法所得到的工件在硬化曲线中的热影响区较大，加热效率较低且层深形状不规则；而通过改良感应器构造，调整相关试验工艺参数后，通过调节工件的移动速度来调节硬化层的深度，同时使加热时间得到了缩短，提高了产品的生产效率。2比照同时加热法和连续加热法两种外表淬火方法所得到的工件性能参数，可为大型工程机械中心轴热处理问题的解决提供有价值的参考。