1.7　工程機(jī)械零件的熱處理工藝與規(guī)范

1.7.1　破碎機(jī)顎板熱處理工藝與規(guī)范

1.7.1.1　破碎機(jī)顎板的工作條件和性能要求

顎式破碎機(jī)是冶金、礦山、發(fā)電、建材、陶瓷、筑路等行業(yè)廣泛應(yīng)用的破碎機(jī)械，用于將開(kāi)采的原礦石破碎成適于運(yùn)輸、使用和粉磨的物料等，滿足生產(chǎn)需要。其工作條件惡劣，受力情況復(fù)雜，在工作過(guò)程中承受較大的沖擊、擠壓、剪切以及接觸疲勞的作用，應(yīng)具有良好的耐磨性和一定的韌性，而顎板是主要的易磨損件，消耗量極大。其工作原理如圖1-106所示，是由動(dòng)顎板、定顎板、偏心軸和推力板等組成。可以看出顎板上部對(duì)物料的擠壓大于下部，顎板下部以垂直運(yùn)動(dòng)為主，物料對(duì)顎板下部的作用以高應(yīng)力的短程鑿削磨損為主，顎板的上部磨損速度大于下部。

需要注意的是：顎板的磨損表現(xiàn)為疲勞磨損和犁溝磨損，主要是在物料破碎過(guò)程中顎板受到?jīng)_擊、擠壓和研磨造成的。

1.7.1.2　破碎機(jī)顎板的機(jī)械加工工藝流程

破碎機(jī)顎板是進(jìn)行鑄造成形的，采用的材料多為高錳鋼，也可為中錳鋼、高鉻鑄鐵與高錳鋼復(fù)合、中碳低合金鑄鋼等，其制造加工流程一般為：砂型鑄造→機(jī)械加工→熱處理→檢驗(yàn)→裝配等，對(duì)于具體的材質(zhì)制造的順序有所變動(dòng)。

1.7.1.3　破碎機(jī)顎板的熱處理工藝

根據(jù)破碎機(jī)顎板的工作特點(diǎn)和失效形式，其使用的材質(zhì)有所不同，因此如何確保顎板的耐磨性和一定的韌性，是對(duì)該材料進(jìn)行合理的熱處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。采用水韌處理，獲得單一的奧氏體組織，硬度在55～60HRC，沖擊韌性為30～35J/cm2。

（1）高錳鋼的熱處理工藝

該鋼有ZGMn13、ZGMn13RE等，它們是粉碎機(jī)顎板的傳統(tǒng)用材，具有鑄造流動(dòng)好、成分穩(wěn)定的特點(diǎn)，熱處理后有很好的韌性，也具有良好的變形硬化能力。其具體的熱處理工藝見(jiàn)圖1-107。

ZGMn13Cr2鋼是在ZGMn13鋼中含1.5％～2.0％Cr而形成的新材料，鉻為碳化物的形成元素，可阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒，促使鑄態(tài)晶粒形狀比較規(guī)則，整個(gè)截面十分均勻，改善了碳化物的形貌，由于晶粒細(xì)則晶界面積增加，因此阻止位錯(cuò)滑移力得到提高，顯微裂紋的擴(kuò)展緩慢，同時(shí)也改變了方向，消耗了大量的能量，提高了屈服強(qiáng)度、斷裂韌性和耐磨性。ZGMn13Cr2鋼破碎機(jī)顎板的熱處理工藝見(jiàn)圖1-108。

（2）中錳鋼的熱處理工藝

該類鋼的通常成分為0.7％～1.2％C、6％～9％Mn、0.5％～0.8％Si、1.2％Cr以及其他微量的合金元素（如V、Ti、Nb、RE等），在鑄態(tài)下為奧氏體、馬氏體和少量的珠光體組織，經(jīng)過(guò)水韌處理后獲得單一的奧氏體或奧氏體+少量未溶碳化物組織。

（3）中碳低合金鑄鋼的熱處理工藝

該類鋼的成分為0.4％～0.8％C、0.7％～1.1％Mn、0.7％～1.3％Si、1.5％～2.5％Cr、0.4％～0.6％Ni、0.3％～0.6％Mo，經(jīng)過(guò)淬火+低溫回火后，該鋼具有較高的硬度與適當(dāng)?shù)捻g性，可以抵抗物料的切削作用和物料的反復(fù)擠壓引起的疲勞剝落。

1.7.1.4　破碎機(jī)顎板的熱處理工藝分析與實(shí)施要點(diǎn)

①高錳鋼鑄鐵在冷凝固結(jié)晶時(shí)，外層冷卻的速度比內(nèi)部快，形成了柱狀結(jié)晶和大量的碳化物析出，聚集的碳化物呈塊狀、片狀、針狀和網(wǎng)狀等，質(zhì)地脆性大。而水韌處理時(shí)重新加熱，上述碳化物則不易固溶或溶解不完全，仍將保留在水韌處理的組織中，割裂基體組織的連續(xù)性，造成脆性增加，導(dǎo)致在強(qiáng)大的沖擊力和壓力的作用下，呈現(xiàn)脆性斷裂等。故應(yīng)采用細(xì)化原始組織和制定先進(jìn)工藝，同時(shí)嚴(yán)格控制鋼中碳、磷的含量，否則難以達(dá)到獲得要求的組織和力學(xué)性能。

②需要注意的是650～700℃高錳鋼的預(yù)熱問(wèn)題，在此溫度下長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱，會(huì)析出碳化物的脆性相，一般根據(jù)顎板的厚度和大小、裝爐量等進(jìn)行綜合確定，通常時(shí)間為3～4h。而膨脹系數(shù)比碳鋼大50％以上，因此應(yīng)緩慢加熱，在650℃以下加熱不能過(guò)快，一般控制在60℃/h以下，否則使脆性鑄態(tài)組織抵抗不了熱應(yīng)力而開(kāi)裂。同時(shí)，也應(yīng)注意到，由于碳和錳降低了鋼的熱導(dǎo)率（僅為鋼的1/3），因此如果升溫速度過(guò)快，零件內(nèi)外溫度存在很大的溫差，則有可能造成鑄件的開(kāi)裂。

③為防止氧化或脫碳的發(fā)生，應(yīng)在保護(hù)氣氛爐或鹽浴爐內(nèi)進(jìn)行加熱，因此針對(duì)高錳鋼水韌處理時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)特別注意三個(gè)環(huán)節(jié)：必須加熱到950℃以上充分奧氏體化；充分保溫，使碳化物充分溶解到奧氏體中；有足夠的冷卻速度，否則因碳化物沿奧氏體晶界析出而產(chǎn)生裂紋，因此應(yīng)快速冷卻來(lái)避免碳化物從奧氏體中析出，以獲得單一的奧氏體組織，因此在熱處理過(guò)程中應(yīng)特別注意上述三個(gè)方面。水韌處理的溫度高或時(shí)間長(zhǎng)，將會(huì)引起晶粒的粗大，削弱了材料的抗力，容易造成裂紋的產(chǎn)生，因此水韌處理加熱溫度的原則是，使碳化物充分溶解，而奧氏體晶粒又不至于粗大。

④ZGMn13Cr2鋼在水韌處理前應(yīng)進(jìn)行等溫退火處理，其目的是消除鑄態(tài)下高的內(nèi)應(yīng)力和細(xì)化組織，并改善碳化物的形貌，通過(guò)860～870℃加熱再結(jié)晶而細(xì)化組織，630～640℃使奧氏體快速轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，為水韌處理在高溫下加熱時(shí)有較多的形核核心，細(xì)化奧氏體晶粒1.0～1.5級(jí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

⑤ZGMn13Cr2鋼取消了650～700℃的預(yù)熱處理，可避免了碳化物的析出，提高了內(nèi)部質(zhì)量。需要注意：為防止表面的脫碳，應(yīng)在具有保護(hù)氣氛的熱處理爐中進(jìn)行加熱，使其高于ZGMn13鋼的加熱溫度，這樣可確保碳化物的充分溶解，獲得良好的力學(xué)性能。

⑥ZGMn13Cr2鋼水韌處理后，為了提高起始的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，可進(jìn)行噴丸處理。

1.7.1.5　破碎機(jī)顎板的熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)

對(duì)于采用高錳鋼制作的破碎機(jī)顎板的熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)，應(yīng)包括硬度、裂紋、碳化物析出、脫碳等幾個(gè)方面的檢查，要嚴(yán)格按技術(shù)要求進(jìn)行。對(duì)于硬度不合格或碳化物析出等缺陷，要重新進(jìn)行水韌處理，同時(shí)要注意入水的溫度必須符合規(guī)定。

這里需要說(shuō)明的是鑄件脫碳的危害，脫碳層在水中冷卻后轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，但表層很脆、塑性很低，其與內(nèi)部奧氏體組織間的結(jié)合力很差，在沖擊磨料磨損條件下，表面層很快脫落。脫碳層水冷后發(fā)生馬氏體的轉(zhuǎn)變，體積膨脹，而金屬內(nèi)層仍為奧氏體組織，表層與內(nèi)層之間出現(xiàn)應(yīng)力，在隨后的冷卻過(guò)程中兩種組織的線收縮率也不相同，從而造成表面開(kāi)裂。表1-84為脫碳對(duì)于鑄件力學(xué)性能的影響，由此可見(jiàn)，在熱處理過(guò)程中應(yīng)禁止脫碳現(xiàn)象的發(fā)生。

1.7.1.6　破碎機(jī)顎板的熱處理缺陷分析與對(duì)策

破碎機(jī)顎板的熱處理缺陷分析與對(duì)策見(jiàn)表1-85。

1.7.2　破碎機(jī)板（環(huán)）錘熱處理工藝與規(guī)范

1.7.2.1　破碎機(jī)板（環(huán)）錘的工作條件和性能要求

破碎機(jī)的板錘在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下破碎物料，因此受到物料的沖擊作用，其破碎的對(duì)象為硬度較高的鐵礦石、石料等，因此要求板錘具有足夠的硬度和韌性，資料介紹，材質(zhì)的硬度和沖擊韌性分別達(dá)到HRC≥45、ak≥20J/cm2時(shí)，才能滿足上述工況條件下對(duì)性能的要求。根據(jù)板錘的工作特點(diǎn)和要求，采用的材料多為高錳鋼和低合金耐磨鋼。高錳鋼的耐磨性好、韌性較高，低合金耐磨鋼則進(jìn)行淬火+低溫回火后，獲得了強(qiáng)韌化的回火馬氏體組織，提高了合金硬度，同時(shí)又具有良好的韌性，均可滿足其工作需要。圖1-109為錘式破碎機(jī)的板錘尺寸。

1.7.2.2　破碎機(jī)板（環(huán)）錘的機(jī)械加工工藝流程

板錘采用鑄造成形，不需要進(jìn)行任何加工，另外尺寸適宜且壁厚均勻。

1.7.2.3　破碎機(jī)板（環(huán)）錘的熱處理工藝

板錘的熱處理工藝依據(jù)材料的不同而有較大的區(qū)別，高錳鋼是一種具有加工硬化作用的鋼種，在沖擊載荷的作用下，表面硬度高，耐磨性增強(qiáng)，而內(nèi)部仍具有一定的韌性，因此需要進(jìn)行固溶處理、水韌處理，以形成單一的奧氏體組織，防止碳化物的析出。而低合金耐磨鋼則通過(guò)淬火+低溫回火，來(lái)獲得強(qiáng)韌性的回火馬氏體組織。

（1）高錳鋼的熱處理工藝

ZGMn13、ZGMn13RE等高錳鋼是制作板錘的常用材料，其熱處理工藝為固溶處理（水韌處理），具體參見(jiàn)破碎機(jī)一節(jié)。

（2）低合金耐磨鋼板錘的熱處理工藝

采用箱式高溫爐進(jìn)行加熱，冷卻介質(zhì)為30℃以下的5％鹽水，獲得板條狀的馬氏體組織，具體的熱處理工藝見(jiàn)圖1-110。熱處理后的硬度在50～56HRC。

1.7.2.4　破碎機(jī)板（環(huán)）錘的熱處理工藝分析與實(shí)施要點(diǎn)

①高錳鋼板錘對(duì)材料的要求十分嚴(yán)格，需要加入大量的錳合金元素，要求的生產(chǎn)成本高，同時(shí)對(duì)熱處理的加熱溫度和冷卻介質(zhì)的溫度要求嚴(yán)格，水韌處理不易掌握，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等，因此需要嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)要求和把好重點(diǎn)環(huán)節(jié)，從出爐到入水應(yīng)在3min內(nèi)完成，水溫控制在30℃以下，配有循環(huán)水裝置，否則可能出現(xiàn)碳化物的析出，直接影響到板錘的熱處理質(zhì)量。

②采用低合金耐磨鋼制作的板錘，其在鑄態(tài)的金相組織為珠光體+鐵素體+少量碳化物，經(jīng)過(guò)熱處理后則獲得了馬氏體+彌散、孤立分布的粒狀和條狀碳化物。其具有適當(dāng)?shù)挠捕龋?0HRC以上）和足夠的沖擊韌性（ak≥20J/cm2）。

③從Fe-Mn-C三元相圖中13％Mn的垂直截面來(lái)看（見(jiàn)圖1-111），由于合金度高，在鑄造條件下共析轉(zhuǎn)變難以充分進(jìn)行，鑄態(tài)組織為奧氏體+碳化物，固溶處理后的顯微組織為單相的奧氏體，軟而韌。為了細(xì)化ZGMn13鋼奧氏體晶粒，可以采用（610～650）℃×（10～12）h，使奧氏體發(fā)生分解，然后再加熱到1050～1080℃進(jìn)行水韌處理，通過(guò)相變來(lái)完成奧氏體晶粒的細(xì)化。

④為了防止高錳鋼因冷卻不均而產(chǎn)生裂紋，板錘的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量使其壁厚均勻，另外，為了改善高錳鋼的切削加工性，可將其在600～650℃進(jìn)行退火處理。

1.7.3　掘土機(jī)斗齒和鏟齒熱處理工藝與規(guī)范

1.7.3.1　斗齒和鏟齒的工作條件和性能要求

在工程建筑中，掘土機(jī)是十分重要的工程機(jī)械，以具有高的效率而得到了極為廣泛的應(yīng)用，其掘土或挖土的重要工具是斗齒（見(jiàn)圖1-112）和鏟齒，與土壤、碎石、瓦礫、磚塊、沙土和巖石等接觸產(chǎn)生摩擦作用，受到?jīng)_擊載荷的作用，作為主要的易損件，在服役時(shí)前端工作部分承受強(qiáng)烈的沖擊和磨損，而其根部要承受方向多變、彎曲載荷的作用，因此其工作條件差。鏟齒在工作中受力呈線接觸或局部小面積接觸，出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，造成鏟齒的斷裂，由此可見(jiàn)斗齒和鏟齒的失效形式主要為磨損（犁溝、鑿削）、剝落、斷齒、變形等。因此要求它們具有高的硬度和耐磨性，同時(shí)具有高的強(qiáng)度和一定的韌性。具體技術(shù)要求為：①較高的表面硬度和足夠的淬硬深度，以確保較好的耐磨性；②材料有良好的調(diào)質(zhì)性能，對(duì)冷卻現(xiàn)象缺乏敏感性，確保有較好的韌性；③根部有較高的強(qiáng)度，適當(dāng)?shù)难由臁６嘤糜谥圃斐惺軟_擊磨損的零件，如斗齒、球磨機(jī)襯板、履帶板以及鋼軌等。

根據(jù)其技術(shù)要求和工作特點(diǎn)，多選用高錳鋼材料，進(jìn)行固溶處理，使碳化物充分溶于奧氏體中，以獲得單一的奧氏體，即水韌處理。其在沖擊載荷作用下，會(huì)發(fā)生冷作硬化。其本質(zhì)是通過(guò)形變?cè)趭W氏體基體中產(chǎn)生大量位錯(cuò)，形變孿晶ε-M和α-M成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙，在受到?jīng)_擊后，其表面的硬度達(dá)到500HB以上，而心部仍為單相的奧氏體組織，強(qiáng)韌有力，受到?jīng)_擊而不破裂，因此該材料具有抵抗強(qiáng)烈沖擊和嚴(yán)重磨損等條件下的工作需要，完全能滿足斗齒和鏟齒的工作需要。常見(jiàn)的材料牌號(hào)有ZGMn13、ZGMnRE等，它們均為典型的耐磨鋼，ZGMn13的主要化學(xué)成分為C=0.9％～1.4％，Mn=10％～14％。

1.7.3.2　斗齒和鏟齒的機(jī)械加工工藝流程

高錳鋼也稱為耐磨鋼，常作為制造斗齒和鏟齒的材料，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、力學(xué)性能優(yōu)良和成本低的特點(diǎn)，其加工工藝流程為鑄造成形→固溶處理（水韌處理）→質(zhì)量檢驗(yàn)。

1.7.3.3　斗齒和鏟齒的熱處理工藝

（1）斗齒和鏟齒的熱處理技術(shù)要求

ZGMn13和ZGMn13RE高錳鋼熱處理的目的是確保水韌處理后，獲得單一的奧氏體組織，應(yīng)盡量避免碳化物的出現(xiàn)（一般存在則將嚴(yán)重降低鋼的強(qiáng)度和耐磨性）。另外，也采用低合金鋼制作斗齒或鏟齒，為了追求大的可磨損量，延長(zhǎng)使用壽命，則采用增大齒尖厚度的方法，采用淬火+低溫回火的熱處理工藝，獲得板條馬氏體（位錯(cuò)型馬氏體）具有相當(dāng)高的強(qiáng)度、硬度，又具有較高的塑性和韌性等，其綜合力學(xué)性能較高，表層和心部的硬度在44～52HRC。

（2）熱處理工藝

通常斗齒和鏟齒采用的材料為高錳鋼（耐磨鋼），為了得到要求的組織，則通用的熱處理工藝為固溶處理（水韌處理），ZGMn13鋼的固溶溫度為1050～1080℃，ZGMn13RE為1000～1030℃，保溫時(shí)間應(yīng)根據(jù)零件的大小、厚度以及裝爐量等來(lái)確定，其原則是確保透燒，使碳化物完全充分溶于奧氏體中，保溫結(jié)束后快速水冷，形成單一的奧氏體組織，具有軟而韌的特點(diǎn)，不允許有碳化物的析出。加熱設(shè)備通常為大型高溫箱式爐或鹽浴爐，由于導(dǎo)熱系數(shù)低，為了確保內(nèi)外溫差的一致、防止開(kāi)裂，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行600～650℃的預(yù)熱，同時(shí)也減少了固溶保溫時(shí)間，具體熱處理工藝見(jiàn)圖1-113。

固溶后的奧氏體組織硬度為180～220HB、ak>150J/cm2、σ0.2=250～400MPa、σb=800～1000MPa、ε5=35％～55％、ψ=40％～50％、akU=180J/cm2等，如再加入2％～4％的鉻以及適量的鉬、釩等，可形成細(xì)小的碳化物，可進(jìn)一步提高屈服強(qiáng)度、沖擊韌性和抗磨性。高錳鋼具有很大的加工硬化能力，其壓力加工、切削加工十分困難，焊接性差，一般均是鑄造成形，然后經(jīng)過(guò)淬火和磨削加工后使用。

從斗齒或鏟齒結(jié)構(gòu)上看，它是由齒尖和齒腔兩部分組成的，采用低合金鋼生產(chǎn)厚截面的斗齒或鏟齒，其關(guān)鍵是確保各截面處內(nèi)外硬度的一致性，如何避免淬火裂紋的產(chǎn)生，這是熱處理的重點(diǎn)所在，一般齒尖部分厚度是齒腔的2～3倍，因此可采取兩種淬火工藝：一是先對(duì)齒腔進(jìn)行油冷10～15s后，整體入水冷卻（見(jiàn)圖1-114）；二是加熱結(jié)束后預(yù)冷30s，齒尖先進(jìn)行淬火，隨后整體油冷的工藝（見(jiàn)圖1-115）。淬火后在240～260℃回火，硬度在46～52HRC。

1.7.3.4　斗齒和鏟齒熱處理工藝分析與實(shí)施要點(diǎn)

①由于高錳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)是碳素鋼的1/6～1/4，在650℃以前升溫速度不均勻，將造成斗齒和鏟齒內(nèi)部受熱不均勻，內(nèi)外溫差增大，一般升溫速度應(yīng)小于50℃/h。則在升溫過(guò)程中內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生過(guò)大而不均勻的熱應(yīng)力從而產(chǎn)生裂紋。在1000～1080℃范圍內(nèi)如控制不好，則容易使晶粒粗大以及析出碳化物等。在650℃以前應(yīng)均勻升溫，在630～720℃緩慢升溫，則可有效保證高錳鋼內(nèi)外溫度的一致，減少由于升溫速度快而引起的組織熱應(yīng)力，可有效實(shí)現(xiàn)在1000～1080℃溫度范圍內(nèi)的控制。資料介紹，高錳鋼的碳化物充分溶解的溫度在970～1000℃，因此固溶處理溫度在1050～1150℃，自室溫到900℃的整個(gè)加熱過(guò)程是析出碳化物的過(guò)程，950℃時(shí)碳化物全部溶于奧氏體中。

高錳鋼的入爐溫度取決于鑄件的尺寸、重量、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和鋼中碳含量。固溶處理的溫度選用原則是碳化物能充分溶解，獲得合理的晶粒度，鋼中的化學(xué)成分盡可能的均勻，得到最佳的力學(xué)性能等，防止過(guò)熱，而時(shí)間的選擇是碳化物的全部溶解和成分的均勻，一般是按每25mm，保溫1h計(jì)算。

②對(duì)高錳鋼進(jìn)行熱處理工藝的制定，應(yīng)根據(jù)零件的具體形狀、性能要求等，在確保基本成分得到控制和獲得良好鑄態(tài)組織的前提下，要合理確定熱處理工藝，使碳化物快速有效的溶解于奧氏體中，水韌處理時(shí)的快速冷卻，是為了防止碳化物（滲碳體）的析出。

高錳鋼冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變分為先共析碳化物的析出和奧氏體的分解兩部分，碳在奧氏體中的溶解度隨溫度的降低而減少，在冷卻過(guò)程中有碳的析出，從Fe-Mn-C三元相圖可知，Acm隨含碳量的升高而升高，因此奧氏體的穩(wěn)定化溫度在950℃以上，碳化物開(kāi)始析出，在950～960℃范圍內(nèi)，先從晶界處起始（化學(xué)成分偏析晶界處碳含量較高，晶界處的缺陷多，故擴(kuò)散易于進(jìn)行），其次在枝晶間碳含量較高的區(qū)域。當(dāng)錳含量在12％時(shí)，析出的碳化物含量中錳占15％。在碳化物的析出過(guò)程中，碳化物周圍奧氏體中發(fā)生貧碳和貧錳的現(xiàn)象，主要是貧碳，使奧氏體的性能下降。當(dāng)溫度降到共析轉(zhuǎn)變點(diǎn)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變時(shí)，分以下兩種情況：當(dāng)錳含量在13％時(shí)，共析溫度降到600～630℃；當(dāng)錳含量在20％時(shí)，則共析溫度在450℃。因此，對(duì)于一般高錳鋼而言，共析轉(zhuǎn)變溫度在850～870℃。鑄態(tài)下的組織為奧氏體+碳化物+共析型組織（珠光體），是在較快的冷卻速度下形成的，出現(xiàn)晶界連續(xù)網(wǎng)狀（有塊狀）碳化物、晶界以及內(nèi)部針狀碳化物等。

奧氏體的分解包括共析轉(zhuǎn)變，首先是在晶界和晶內(nèi)的碳化物周圍進(jìn)行的（奧氏體中碳與錳含量降低則易于分解），其次在該處提供了珠光體組織的形核晶面，奧氏體的分解產(chǎn)物與溫度的轉(zhuǎn)變有關(guān)。因此采用快速的冷卻可有效避免碳化物的析出。

高錳鋼的加熱結(jié)束后要求快速冷卻，資料介紹，通過(guò)試驗(yàn)表明，在1050℃保溫90min后，直接出爐水冷、爐冷2min水冷和空冷2min后水冷，其抗彎和接觸疲勞強(qiáng)度分別為914.96MPa、884.56MPa、877.7MPa，63MPa、50MPa、53MPa，由此可見(jiàn)加熱完畢應(yīng)盡快在水中冷卻，則對(duì)于高錳鋼的性能影響不大。

③高錳鋼的水韌處理時(shí)的水溫要求是十分嚴(yán)格的，要減小冷卻過(guò)程中各部位的溫差，考慮到不允許有碳化物的析出，為獲得單一的奧氏體組織，故必須快速冷卻，因此要求冷卻前后的水溫均應(yīng)不超過(guò)30℃，同時(shí)要配備循環(huán)水泵，不斷添加涼水，為了控制水溫，要求水的體積或容積為鑄件的8倍以上。另外，從出爐到入水的時(shí)間應(yīng)在3min內(nèi)完成，斗齒和鏟齒表面溫度應(yīng)不低于950℃，否則造成碳化物的析出。

④如采用箱式電阻爐進(jìn)行加熱，為了確保內(nèi)部溫度的均勻性，應(yīng)在爐門(mén)處加上擋板，應(yīng)要求零件離開(kāi)爐門(mén)一定的距離（一般為與爐絲平齊）。

⑤關(guān)于晶粒粗大的問(wèn)題，并非熱處理原因，而是在澆注過(guò)程中澆注速度控制不當(dāng)造成的，因此應(yīng)采用低溫快速澆注的工藝。

⑥采用低合金鋼鑄件制作的斗齒和鏟齒進(jìn)行熱處理時(shí)，考慮到齒尖和齒腔的厚度的差異，采用了特定的熱處理工藝，該工藝的操作比較復(fù)雜，要求操作者熟練掌握，其目的是確保整體硬度合格、無(wú)淬火裂紋的出現(xiàn)，至于兩者的淬火溫度的差異是由工藝的特殊性決定的。

⑦低合金鋼鑄件制作的厚截面的斗齒和鏟齒，經(jīng)過(guò)熱處理后獲得了良好的硬度和韌性，對(duì)比高錳鋼的水韌處理工藝來(lái)看，具有熱處理質(zhì)量穩(wěn)定、溫度低、成本低廉等特點(diǎn)，因此也得到了較為廣泛的應(yīng)用。

⑧高錳鋼在300℃以下加熱不會(huì)有碳化物沿奧氏體晶界的析出，如果重新在600～700℃加熱，則造成韌性的急劇下降，因此零件的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：為防止冷卻不均而可能產(chǎn)生裂紋，壁的厚薄應(yīng)均勻；改善切削加工的條件，可在600～650℃進(jìn)行退火處理。

1.7.3.5　斗齒和鏟齒的熱處理的質(zhì)量檢驗(yàn)

參見(jiàn)破碎機(jī)部分。

需要注意的是，對(duì)于低合金鋼斗齒和鏟齒，要檢驗(yàn)硬度和進(jìn)行探傷，以滿足其服役條件和無(wú)缺陷的產(chǎn)生。

1.7.3.6　斗齒和鏟齒的熱處理常見(jiàn)缺陷分析與預(yù)防措施

參見(jiàn)破碎機(jī)部分。

需要注意的是，低合金鋼斗齒和鏟齒熱處理缺陷為硬度不合格和齒腔裂紋，其原因均為冷卻時(shí)操作不當(dāng)造成的，預(yù)防措施為嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求，操作應(yīng)規(guī)范，淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火處理。

1.7.4　建筑機(jī)械主動(dòng)圓錐齒輪熱處理工藝與規(guī)范

1.7.4.1　振動(dòng)壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)橋弧齒錐齒輪的工作條件和性能要求

建筑機(jī)械多數(shù)為重型設(shè)備，其關(guān)鍵的傳動(dòng)部件為驅(qū)動(dòng)橋弧齒錐齒輪（見(jiàn)圖1-116），在工作過(guò)程中承受較大的載荷，齒輪的齒部和根部受到周期性的擠壓和摩擦作用，工況條件惡劣，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣、制造的精度、工作的可靠性以及使用壽命將對(duì)整機(jī)有重要的影響。其常見(jiàn)的失效形式為齒部磨損、剝落和斷裂等，因此要求其心部具有足夠的強(qiáng)度和良好的韌性，表面具有高的硬度和硬化層深度，以抵抗載荷的作用。

1.7.4.2　弧齒錐齒輪的機(jī)械加工工藝流程

它分為主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，其制造工藝流程為：下料→鍛造→一次正火→粗車加工→二次正火→精車加工→銑齒→碳氮共滲淬火→清洗→回火→磨內(nèi)孔→配對(duì)研磨→檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)。

1.7.4.3　弧齒錐齒輪的熱處理工藝

（1）技術(shù)要求

材料為20CrMnTi，共滲層深0.95～1.1mm，齒表面硬度58～62HRC，心部硬度35～42HRC。

（2）熱處理工藝

根據(jù)齒輪的技術(shù)要求，結(jié)合具體的熱處理工藝強(qiáng)化手段，采用碳氮共滲+淬火+低溫回火處理的工藝是可以滿足設(shè)計(jì)要求的。

①碳氮共滲　在RQ-75-9氣體滲碳爐對(duì)齒輪進(jìn)行碳氮共滲，圖1-117中的0號(hào)滲劑為酒精和含氮基有機(jī)物，1號(hào)滲劑主要由煤油組成。淬火采用20號(hào)機(jī)械油為冷卻介質(zhì)。

②淬火+低溫回火　考慮到20CrMnTi鋼碳氮共滲的溫度與其淬火加熱溫度是一致的，另外，由于合金元素鈦的加入，使該鋼加熱到奧氏體溫度仍能保持細(xì)小的晶粒，因此可以在共滲結(jié)束后直接淬火即可，即850～870℃溫度下淬入油中冷卻，得到馬氏體和殘余奧氏體組織。隨后在180～200℃的硝鹽浴中進(jìn)行2～3h的低溫回火處理，即可獲得要求的各項(xiàng)技術(shù)要求。

1.7.4.4　弧齒錐齒輪的熱處理工藝分析與實(shí)施要點(diǎn)

齒輪經(jīng)過(guò)碳氮共滲和淬火處理，其目的是表層獲得高的硬度和耐磨性，而心部仍具有良好的強(qiáng)度和韌性等，可確保在服役過(guò)程中，表面無(wú)非正常失效現(xiàn)象的發(fā)生。因此如何在化學(xué)熱處理和淬火過(guò)程中，編制和正確執(zhí)行則是產(chǎn)品質(zhì)量得到保證的原因所在。

①共滲層的組織為密集帶狀的碳氮化合物，次表層為針狀馬氏體和少量殘余奧氏體，沒(méi)有非馬氏體的不良組織，因此確保了表層碳氮化合物區(qū)硬度很高，次層的少量殘余奧氏體不會(huì)引起硬度的明顯下降，整個(gè)硬化層的硬度值以及分布較為均勻，有效硬化層的深度符合要求等，圖1-118表示主動(dòng)輪和從動(dòng)輪共滲后金相組織和顯微硬度的理想要求。

②碳氮共滲后如出現(xiàn)共滲層為密集堆積狀的碳氮化合物，次表層為隱針馬氏體組織，再次層為點(diǎn)狀以及爪狀二次碳化物，加隱針狀馬氏體+非馬氏體組織，而整個(gè)共滲層看不到針狀馬氏體和殘余奧氏體，則表面該齒輪基體中碳氮元素的飽和度不高，其金相組織和硬度分布見(jiàn)圖1-119，這是不正確的。這將會(huì)造成次表層硬度低，化合物層的剝落，最后造成基體金屬的快速磨損。該類缺陷的原因在于共滲處理的溫度低，引起表層碳氮化合物的堆積和基體碳氮飽和度的降低；重新加熱時(shí)淬火溫度偏低，心部出現(xiàn)大量的未溶鐵素體，引起心部硬度的顯著降低；淬火時(shí)共滲層出現(xiàn)表面脫碳，引起次表層基體強(qiáng)度的降低等。因此應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行熱處理工藝規(guī)定，避免不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生，使產(chǎn)品處于有效的過(guò)程控制狀態(tài)中。

③主動(dòng)輪的失效為被動(dòng)失效，表現(xiàn)為表面壓陷剝落和磨損，而從動(dòng)輪則為主動(dòng)失效，表現(xiàn)為滲層有嚴(yán)重的磨損和硬化層的大塊剝落和斷裂，而共滲層組織狀態(tài)不良和硬度低，齒表面存在較多的低強(qiáng)度殘留奧氏體和淬火馬氏體組織是引起齒輪失效的主要原因。

淬火冷卻到室溫和進(jìn)行充分的回火，能有效地避免齒輪斷齒現(xiàn)象，其原因在于減少了殘余奧氏體的數(shù)量，提高了基體的整體硬度。

④20CrMnTi鋼制作的齒輪具有良好的淬透性，因此其心部的硬度經(jīng)過(guò)淬火+低溫回火，完全能夠達(dá)到工藝要求，該硬度下的齒輪的基體強(qiáng)度、韌性和塑性等均能符合其服役的條件，但需要注意的是，如果淬火溫度低或保溫時(shí)間短，或淬火冷卻速度低，則有可能造成基體未加熱透或淬火硬度低，無(wú)法確保表面和基體硬度等符合要求，因此應(yīng)嚴(yán)格制定和正確實(shí)施工藝參數(shù)，采用最優(yōu)和最佳的工藝手段和方法，從影響產(chǎn)品質(zhì)量的六大因素入手，抓好碳氮共滲和熱處理淬火。

1.7.4.5　弧齒錐齒輪熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)

作為工程機(jī)械的弧齒錐齒輪，選用滲碳鋼材料進(jìn)行碳氮共滲，以確保淬火后表面具有高的硬度，而心部具有足夠的強(qiáng)度和韌性等，來(lái)滿足齒輪的服役條件。因此其進(jìn)行的質(zhì)量檢驗(yàn)包括兩部分：共滲層深度、組織和濃度，熱處理后的表面硬度和心部硬度。其中前者采用金相法檢測(cè)，表面硬度和心部硬度則使用表面洛氏和洛氏硬度計(jì)進(jìn)行檢查。

1.7.5　履帶板的熱處理工藝與規(guī)范

1.7.5.1　履帶板的工作條件與性能要求

推土機(jī)與拖拉機(jī)等工程機(jī)械設(shè)備的履帶板在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中承受著整機(jī)的重量，在露天與不平整的地面上進(jìn)行作業(yè)，直接與土壤、砂石等接觸，在工作過(guò)程中主要承受拉伸、擠壓、彎曲和一定的沖擊載荷，其表面與地面或泥沙碎石接觸從而產(chǎn)生磨損，并有一定的腐蝕，故其主要的失效形式為表面磨料磨損、壓彎和斷裂等，根據(jù)其失效形式可知，履帶板的選材在保證一定韌性不致斷裂的基礎(chǔ)上，盡可能提高硬度和耐磨性，具有較高的硬度和屈服強(qiáng)度對(duì)抗顯微切削、碾壓變形等十分有利。履帶板的主要磨損部位是節(jié)銷（齒口）、跑道、銷孔和齒爪（見(jiàn)圖1-120），其中前三個(gè)部位是造成履帶板失效報(bào)廢的主要部位。

1.7.5.2　履帶板的機(jī)械加工工藝流程

我國(guó)履帶板的材料主要有：高錳鋼、低合金鑄鋼、中錳鑄鋼、球墨鑄鐵以及改良型高錳鋼等鑄造材料和軋鋼（如40SiMn2）等。

履帶板的機(jī)械加工工藝流程為：型鋼剪切→沖豁口→鉆孔→倒角→調(diào)質(zhì)處理→除銹→噴漆→入庫(kù)→包裝履帶總成。

1.7.5.3　履帶板的熱處理工藝

履帶板的常用材料及技術(shù)要求具體如表1-86所示，供參考。

（1）高錳鋼履帶板的熱處理工藝

高錳鋼的傳統(tǒng)熱處理為固溶處理，鑄態(tài)組織中不允許有明顯的柱狀結(jié)晶，否則應(yīng)進(jìn)行退火處理，如圖1-121所示。消除部分柱狀晶后再進(jìn)行水韌處理，具體如圖1-122所示，高錳鋼的鑄態(tài)組織由奧氏體、碳化物及少量珠光體所組成，在將其加熱到奧氏體溫度區(qū)（1050～1100℃），使鑄態(tài)組織中的碳化物基本上都固溶到奧氏體中，然后在水中冷卻，以獲得單一的高韌性的奧氏體組織。

需要注意的是，改良型高錳鋼鑄件先進(jìn)行球化等溫退火預(yù)處理，然后水韌處理，見(jiàn)圖1-122。

（2）低合金鑄鋼的熱處理工藝

31Mn2Si鋼履帶板在連續(xù)爐中加熱，（880±20）℃或（1050±30）℃水淬，200℃回火處理。38CrMnSi2RE低合金-貝氏體鋼的熱處理工藝規(guī)范為：鑄件直接等溫淬火，即（880～900）℃×0.5h奧氏體后在55％KNO3+45％NaNO3的混合硝鹽浴中310℃保溫60min，淬火后取出空冷至室溫。

（3）中錳鑄鋼的熱處理工藝

中錳鑄鋼的ZGMn8CrMo、ZGMn7的熱處理工藝為1050～1100℃的水韌處理。

（4）球墨鑄鐵的熱處理工藝

球墨鑄鐵的熱處理工藝為輕微900℃奧氏體化，280℃等溫處理。

（5）軋制板材的熱處理工藝

拖拉機(jī)履帶板橫截面及各部位硬度要求見(jiàn)圖1-123，40SiMn2鋼熱處理為淬火+回火處理。熱處理工藝如圖1-124所示，35MnTiB鋼的熱處理工藝為：860℃×60min，冷卻介質(zhì)為20～45℃的水。回火工藝為400℃×120min。

1.7.5.4　履帶板的熱處理工藝分析與實(shí)施要點(diǎn)

①對(duì)于高錳鋼的韌化處理，需要注意冷卻的水溫高于40℃時(shí)，會(huì)造成履帶板表面出現(xiàn)軟點(diǎn)或軟帶等，硬度不均勻影響其耐磨性。故冷卻水槽內(nèi)有冷卻與攪拌裝置，以確保槽內(nèi)水溫符合工藝要求。

②40SiMn2鋼履帶板具有高的淬透性，淬火后硬度高，受淬火冷卻介質(zhì)溫度變化較小，但對(duì)回火脆性很敏感，在200～300℃回火時(shí)，沖擊韌度為22J/cm2，回火溫度為380～510℃，沖擊韌度為90～110J/cm2，回火結(jié)束后快冷。

③為了提高履帶齒部耐磨性，對(duì)于40SiMn2可在調(diào)質(zhì)處理后對(duì)履帶齒部中頻感應(yīng)淬火后回火，使履帶板齒部和板部獲得不同的硬度和韌性，而且感應(yīng)淬火、回火加熱均勻，有效提高了生產(chǎn)效率。