工程車輛主要零件熱處理工藝

1、工程車輛主要零件熱處理工藝工程車輛工作強度大，工況復雜，工作環(huán)境惡劣，因此，常用的一些關鍵零部件必須要采用合適的熱處理方式，以提高其強度和耐磨性等綜合性能。一般情況下，工程車輛主要熱處理零件包括軸（套）類、齒輪類、大型焊接結構件和叉架類等，本文針對上述零件熱處理方式及技術應用發(fā)展趨勢進行闡述。軸（套）類零件熱處理工程車輛常用的軸套類零件材料有45鋼、20CrMnTi、20CrMo40Cr和42CrMo等，熱處理方式主要以材料碳含量區(qū)分，低碳（合金）鋼一般采用滲碳、淬火的熱處理方式，中碳（合金）鋼一般采用調質處理。1,調質處理由于許多工程車輛零件要求具有較高的強度和可靠性，因此一般軸類、套類零件

2、均需進行調質處理。目前，建筑機械調質處理零件一般是沿用鍛造、正火、淬火和高溫回火等工序進行處理，調質處理一向被認為是最合理的工藝方法，但也有一些不足之處，如工藝流程復雜及成本較高等。工程車輛零件調質處理后應達到特定的要求：即淬火后回火前，表面金相組織應為馬氏體或貝氏體，當零件直徑小于使用材料的臨界直徑時，調質后的金相組織應為回火索氏體；凡零件直徑大于使用材料的臨界直徑，調質后心部允許有細珠光體和游離鐵素體。零件調質處理后，表面硬度波動范圍應符合附表要求。工程車輛零件調質處理后表面硬度允許波動范圍零件類型表面硬度波動范用/HRC單件同一批件W35>35W35>35特殊重要件至5重要件

3、<4£4<7£6一般件W6W5S9W72,鍛造淬火目前，在提倡建議節(jié)約型國家的大背景下，以節(jié)約能源和提高熱處理性能為目的的鍛造淬火逐漸被廣泛采用。鍛造淬火工序為鋼坯加熱、預軋、模鍛、切邊、淬火和回火。鋼坯加熱一般采用感應加熱，所以不會產生太大的污染，工作環(huán)境良好。由于鍛造淬火利用鍛造后的余熱直接淬火，省去了第二次加熱工序，經過鍛造淬火處理后工件的淬透性好，甚至可以替代低合金鋼，能使心部得到充分地硬化，并且有很好的韌性。鍛造淬火與普通淬火沖擊值如圖1所示，采取鍛造淬火后的零件韌性增強，疲勞強度提高滓火溫度，（.3 .表面感應淬火在工程車輛中，一些中碳鋼的軸類零件整

4、體或局部通常采用高頻、中頻或超音頻加熱表面淬火熱處理工藝。高頻淬火只是在所要求的部位進行加熱，所需能量少，污染也較小，因此其應用范圍日漸擴大，是一種理想的熱處理方式。零件經高頻加熱表面淬火后，其疲勞強度和耐磨性能大幅度提高。一些中碳鋼工程車輛零件如輪軸、轉向節(jié)等，進行表面高頻加熱淬火后，其成本大大降低，強度得到提高。止匕外，對于齒輪軸等一些傳動零件，表面感應淬火也將作為最終熱處理方式，來強化齒面或關鍵部位的力學性能。在采用高、中頻或超音頻淬火前，中碳鋼、中碳低合金鋼一般應先采用調質預處理，以使工件獲得良好的綜合力學性能。4 .軟氮化處理氣體軟氮化處理可使零件的疲勞強度、耐磨性和抗咬合性大大提高

5、，是一種很重要的處理方法。選用NH琳口吸熱型氣體Rx（丁烷、丙烷的制備氣）,按照50：50的比例通入爐內,570c處理34h,可在鋼材或鑄鐵表面獲得1020pm的化合物層和0.10.5mm的擴散層,工程車輛零件采用軟氮化處理的有曲軸、凸輪軸和搖臂等，某些鑄鐵零件也用此法來增強其抗熱疲勞性能，軟氮化處理作為一種提高耐磨性能的處理方法而被廣泛應用。齒輪類零件熱處理在工程車輛齒輪零件中，耐磨性是齒輪的基本要求，其次是抗彎曲疲勞能力和抗接觸疲勞能力。一般情況下，工程車輛所用齒輪均應進行熱處理。常用的熱處理方法主要有滲碳淬火、高頻或火焰淬火、整體淬火和正火。前兩種方法由于其表層的高硬度與心部的高韌性相結

6、合，能大大提高齒輪的耐磨性、抗彎曲疲勞和接觸疲勞能力。整體淬火一般適用于輕負荷的中小齒輪，正火主要用于大型無噪聲齒輪。1 .滲碳淬火滲碳淬火主要適用于低碳(合金)鋼，如20CrMnTi、20CrMnMoffi20CrMo在進行熱處理時應考慮以下幾點：一是滲碳層組織，二是有效硬化層，三是合金元素成分及含量，四是切削加工性。根據(jù)零件材料和結構不同，淬火方式可分為直接淬火法和再加熱淬火法：(1)直接淬火有下列特點：一是淬火后，即使是再加熱淬火也沒有貝菌體析出；二是熱處理變形小；三是馬氏體針上容易產生微裂紋，會使疲勞性能下降；四是滲碳齒輪直接淬火，表層組織中含有15%30%勺殘余奧氏體，如果齒面硬度下

7、限為57HRC將含殘余奧氏體25%(勺齒輪進行噴丸處理能提高疲勞強度。(2)再加熱淬火適于高合金鋼或需急速冷卻的齒輪，再加熱淬火容易生成網(wǎng)狀碳化物或引起脫碳，因此，在工程車輛用齒輪中，幾乎所有滲碳淬火零件都采用連續(xù)爐直接淬火。直接淬火溫度要低于滲碳溫度，如840c淬火，其目的是控制殘余奧氏體。直接淬火可以不必顧慮析出網(wǎng)狀碳化物。無鍥合金再加熱淬火溫度也應以840c為宜。一般情況下，采用滲碳淬火工藝齒輪表面硬度可達6263HRC這樣可以有效防止齒輪膠合和提高耐磨性。淬火后中小齒輪宜采用150180c溫度回火，大型齒輪應在190200c回火，使其表面硬度為55HRM右。2 .感應加熱表面淬火根據(jù)齒

8、輪形狀、模數(shù)及工作條件不同，采用感應加熱的齒輪淬火方法主要有以下幾種熱處理方式：(1)齒穿透加熱淬火？對于模數(shù)小于4mmi勺45鋼齒輪多采用此種方法，淬火后硬度一般為4550HRC操作時應采用較高頻率的加熱設備和環(huán)狀感應器。(2)單齒淬火大模數(shù)齒輪一般采用沿工作面單齒淬火法，具優(yōu)點是可采用小功率設備處理直徑與模數(shù)大的齒輪，缺點是因齒根部位不能被淬硬將使其疲勞強度有所降低。對于模數(shù)較大、齒寬也較大的齒輪，宜采用單齒面高頻感應表面淬火法，只要掌握好熱處理過程和工藝參數(shù)，不但能使零件的變形量減小，加工成本降低，而且還可以確保熱處理后零件的多種技術要求。單齒淬火工藝的關鍵，一是要設計合適的感應器，在感

9、應器寬度、高度、截面形狀、噴水孔的設計上能滿足淬火性能要求；二是要制定合理的的工藝參數(shù)(預熱時工件移動速度、淬火時工件移動速度、屏極電壓、陽極電流、柵極電流和槽路電壓等)。(3)整體感應淬火？一些低要求的中小齒輪也可采用整體加熱感應淬火方式，為確保零件淬火后的性能，感應器一般要結合零件結構尺寸進行設計，雖然成本較高，但生產效率高,適合于批量齒輪熱處理。大型結構件熱處理工程車輛的大型結構件較多，由于大型結構件在焊接后往往存在較大的焊接應力，若不消除必將造成較大的焊接變形，影響設備的使用效果。大型結構件的熱處理方式一般用去應力退火，加熱溫度一般為620c左右，保溫時間視工件尺寸而定，采取去應力退火

10、后可基本消除焊接應力。叉架類零件熱處理叉架類零件在工程車輛中應用也較多，如變速器的各種撥叉零件，由于其形狀比較復雜、尺寸及形位精度要求較高以及撥叉頭部壁厚較薄等因素，在進行局部淬火時，容易產生裂紋和較大的變形，較難保證零件的加工精度，將直接影響零件的使用性能。此類零件材料多為ZG310-570,一般采用兩次熱處理過程：零件精車前的熱處理和撥叉頭部精加工后的淬火處理。該零件熱處理的關鍵是撥叉頭部淬火，傳統(tǒng)撥叉頭部淬火工藝是將零件加熱到820840C,保溫一段時間，采用水或10wt.%的NaCl水溶液作為冷卻介質，其目的是避免出現(xiàn)未熔鐵素體，而獲得全馬氏體組織。此種方法的缺陷是對于某些形狀復雜、尺

11、寸較小的零件容易出現(xiàn)淬裂或產生較大的變形。為防止這一情況，可以采用亞溫淬火工藝，適當降低淬火溫度，將零件的加熱、保溫溫度定為Ac3線附近或稍上的部位，降低淬火時的熱應力和組織應力，以消除上述兩個原因帶來的不利影響。亞溫淬火工藝如下：將零件需要淬火的部位在鹽浴加熱爐中加熱到760790C,保溫3040min,出爐后直接浸入水槽中冷卻，淬火后不再進行低溫回火處理。工程車輛零部件熱處理應用趨勢1 .離子氮化處理離子氮化是在低壓氣體中，利用輝光放電對被處理的零件進行加熱。離子氮化工藝主要有如下特點：不使用氨、氟鹽之類的有毒物質，無公害，工作環(huán)境好；只對被處理零件加熱，節(jié)約能源；所需氣壓非常低，氮化氣體

12、的消耗量少；熱處理溫度350570C,變形量??；熱處理速度較快。2 .催滲技術催滲技術采用專用催滲介質，加快離子介質的滲入，適用于各種滴注式滲碳氣氛，可降低滲碳溫度，從而減小熱處理變形，并提高滲碳速度25%-45%同時由于微合金化作用，可以形成完全球化的碳化物，具有更優(yōu)的金相組織。一般情況下，固體催滲劑適用于異型件、深孔件滲碳。3 .新型滲碳介質在普通滲碳處理中，煤油是一種應用最為廣泛的介質，但其最大的缺點是滲碳速度小以及在滲碳層中得到最佳含碳量的重復性差。新型的滲碳介質綜合了煤油和以甲醇或者松節(jié)油為基的混合物的優(yōu)點，同時克服了上述介質的主要缺點。如由脂族醇類制成的有機化合物，按其安全性和衛(wèi)生

13、條件，它與煤油相似。按其滲碳速度和可控性，它與以甲醇為基的混合物相似，具滲碳時滲碳時間與淬硬層深度的關系如圖2所示。與煤油滲碳相比，新型介質可以使?jié)B碳時間平均縮短一半，起到較好的節(jié)能作用，且衛(wèi)生條件和安全條件得到了改善。0323456海破時lM/h圖2940c滲碳時滲碳層與淬火層深度的關系1 .無水醋酸2.新型淬火介質3.85%甲醇+15知苯4.70%甲醇+30淵酸乙酯5,煤油4 .智能化應用在滲碳處理中，智能化的應用主要體現(xiàn)在不同材料零件滲碳時可控氣氛的控制精度上，它通過選用合適的有機溶劑作為滴注劑，設計合理的滴注管路系統(tǒng)，加裝碳勢控制系統(tǒng)。其控制原理是在自動控制方式下，儀表根據(jù)現(xiàn)場傳來的氧碳頭和熱電偶信號計算出爐氣實際碳勢，將其與設定的碳勢值進行比較和PID運算，再對氣氛原料（如煤油）供給量作適當調節(jié),使爐氣碳勢穩(wěn)定在設定的數(shù)值上o5 .真空熱處理真空熱處理的優(yōu)點是可有效防止氧化，因而目前在許多工程車輛零部件熱處理中正在逐步推廣應用。作為真空熱處理的方式之一