42CrMo活塞杆中频感应调质工艺研究

GXF360 2019-11-07

展开全文

一、概述

我国是世界自然资源浪费最严重的国家之一，在59个接受调查的国家中排名第56位。另据统计，中国的能源使用效率仅为美国的26.9%，日本的11.5%。因此，推进节能减排，可谓迫在眉睫。热处理是机械工业的重要组成部分，是现代制造业生产链上不可或缺的极其重要环节，是制造业的基础技术。然而，热处理是机械制造业的用能大户，热处理行业的节能、降耗有着较大的空间，潜力很大，同时也是减排重点。如何节约能耗，提高生产效率，降低成本，在市场竞争中建立自已的品牌是整个行业和每个企业面临的首要问题。

活塞杆的调质，以前是用普通箱式或台车电阻炉加热淬火的，这样在实际生产中既耗费了很多时间、人力，又很难满足客户的交货期和产品的质量。随着现代工业的发展趋势，感应加热技术在热处理中的应用越来越广泛，应用范围也不断扩大。感应加热设备既能达到节能、减排、优质、高效的目标，也使产品质量品质、成本控制在市场上处于一定的档次。本文重点是对活塞杆采用台车电阻炉和中频感应加热设备进行调质处理后的组织和性能作比较和分析。

二、42CrMo化学成分

42CrMo是活塞杆使用比较广泛的材料属超高强度钢，具有高强度和韧性，淬透性较好，无明显的回火脆性，淬火时变形小，调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧度良好，高温时有高的蠕变强度和持久强度。42CrMo钢的化学成分如表1所示。

三、42CrMo活塞杆的调质工艺

表1 42CrMo钢的化学成分（质量分数）（%）

C Cr Mo Si Mn S P Ni Cu 0.38～0.45 0.90～1.20 0.15～0.25 0.17～0.37 0.50～0.80≤0.035≤0.035≤0.030≤0.030

我们对42CrMo活塞杆（见图1）分别制定了中频感应调质工艺和普通台车电阻炉的调质工艺。

1.中频感应调质工艺

根据实际零件尺寸合理选用了孔径为90mm的感应线圈，淬火感应线圈6个，回火感应线圈5个，淬火使用500kW中频电源，回火使用300kW中频电源，冷却用了7.5kW的离心式水泵带动喷水圈喷水，并使用了一个50t的水冷却塔，保证其水温不超过40℃，上下料为气动装置和接近开关，实现自动上料和下料。

基于同一PDM系统平台进行产品数据管理，产品信息调用效率高，数据的更新及时，管理与使用方便。可以实现数据一次导入，多场合应用。使用PDM系统保存、更新、查询和调用数据，能快速地生成十多种制造、采购、成本核算等部门所需要的清单，节省研发数据统计时间，出现偏差时及时修正，代替烦琐的人工劳动，以往需要两三天完成的工作，只需几分钟即可完成，提高了效率。通过PDM系统在企业的成功实施和应用，使研发管理工作更加高效。有的企业在一年的实施过程中，产品开发部门日常数据汇总、分析、统计和跟单岗位的工作人员减少了几十人。

图1 42CrMo活塞杆

通过自动上料→感应加热→冷却（淬火）→感应加热（回火）→自动下料并在连续作业生产线上完成了整个调质工艺。

（1）自动上料将零件经人工放至上料台，经输送装置以旋转方式送入。

（2）感应加热通过输送装置的稳速运行，将零件送入淬火感应线圈中，通过固定式红外测温仪测温，对零件进行预热→测温→升温→测温的温度控制，达到淬火温度进入高压喷水装置冷却，完成淬火过程。

4.猪疥螨病。猪疥螨是一种接触传染的寄生虫病，其寄生于猪表皮深层。螨破坏皮肤屏障，为其它疾病敞开了方便之门，感染病猪剧痒，到处摩擦或以肢蹄搔擦患部皮肤。

（3）回火冷却后的零件经输送装置的稳速动行，将零件送入回火感应线圈进行回火，后送入下料区。

（4）自动下料零件进入自动下料平台冷却。

另外，餐饮企业除了采购饮食类的原材料之外，涉及的其他采购如固定资产采购也应充分利用税收优惠政策。根据财税〔2018〕54号文：企业在2018年1月1日至2020年12月31日期间新购进的设备、器具，单位价值不超过500万元的，允许一次性计入当期成本费用在计算应纳税所得额时扣除，不再分年度计算折旧。中小餐饮企业的固定资产基本适用500万元以下的情况。如需近两年购置固定资产的，建议在迎合政策的有利时机下，企业加大固定资产的投入，税负将可能继续下降，享受的政策红利将有利于企业的发展。

中频感应调质的工艺曲线如图2所示。

选取2017年05月～2018年05月在我院诊断为急性心肌梗死的患者70例作为研究对象，将其随机分为两组，纳入标准：均确诊为急性心肌梗死，自愿接受本次研究调查，排除标准：合并意识障碍、精神障碍、肝肾功能严重不全以及不能配合本次研究的患者。其中，对照组男21例，女14例，年龄40～82岁，平均年龄（60.2±3.4）岁，病程2～13 h，平均病程（6.2±0.8）h；观察组男20例，女15例，年龄41～81岁，平均年龄（60.5±3.1）岁，病程2～14 h，平均病程（6.1±0.7）h。对比两组一般资料，差异无统计学意义（P＞0.05）。

在实际生产过程中，淬火时经固定式红外测温仪实测淬火温度860℃，中频频率为2.5kHz，功率310kW，回火温度600℃，中频频率2.7kHz，功率105kW，速度4min/m。

图2 42CrMo活塞杆中频感应调质的工艺曲线

2.普通台车电阻炉调质工艺

选用一台150kW的长度为6m的台车电阻炉进行淬火和回火，先将台车电阻炉预热，后将零件装入炉膛，加热到淬火温度保温，然后淬入8%氯化钠水溶液中，带温出水（由于设备限制，没有这么大的油池），待其冷却后，进行硬度的检验，确定其回火温度再放入台车电阻炉内回火。工艺曲线如图3所示。

图3 42CrMo活塞杆台车电阻炉调质的工艺曲线

在进行调质处理时应注意：调质保温时间要充足，使工件完全奥氏体化；淬火时必须要预冷，以防造成工件开裂；检查回火炉控温是否准确，把工件平稳放入炉膛中心，使工件受热均匀，才能得到理想的回火组织。

四、试验数据与分析

1.硬度

经过中频感应和台车电阻炉调质后，我们在活塞杆的中间取一段进行硬度检验，硬度检验使用台式洛氏硬度计，图4为中频感应调质后的试样，长度为50mm，图5为台车电阻炉调质处理后的试样，经过车床加工平面，再用砂纸磨光。两种不同调质处理后的硬度数据如表2所示。

表2 不同调质处理后的硬度数据

位置中频感应调质处理硬度HRC 台车电阻炉调质处理硬度HRC 1（心部） 22 22.5 20 19.5 2 22 23 21 21 3 23 24 22.5 22 4 23.5 24 22 22 5 24.5 25 23.5 23 6 25 25.5 24 23 7 25 26 24 24.5 8 27 28 26 26 9 29 29.5 28 28.5 10 30.5 31 30 31 11——32 32.5 12（表面） 31 31 34 34

2.金相组织

我们取试样半径的1/2处，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀后用500倍的金相显微镜观察两种不同调质处理后试样的金相组织。图6是中频感应调质处理后的金相组织，图7是台车电阻炉调质处理后的金相组织。

图4 中频感应调质处理零件

图5 台车电阻炉调质零件

图6 中频感应调质处理后的金相组织（500× ）

图7 台车电阻炉调质处理后的金相组织（500×）

3.试验结果分析

（1）活塞杆采用中频感应调质处理后具有更好的力学性能及硬度的均匀性，其原因主要是感应加热速度快，保温时间短，晶粒更为细小。

（2）从金相组织可以看出：两种不同方式的调质处理都得到了显微组织基体为回火索氏体和少量铁素体，索氏体晶粒度级别为4级，使材料具有较高的强度，又有良好的塑性，是保证活塞杆调质后具备优秀综合性能的重要条件。

（3）中频感应调质加热速度快，可以成倍提高加热设备的生产率，可与其他工艺设备组成连续的生产线；加热时间短，效率高，感应加热设备的效率可达60%～70%，电阻炉的加热效率只有40%左右；感应加热炉，由于散热损失少，车间温度大幅降低，感应加热不产生烟气和烟尘，净化了车间工作环境，改善了车间的劳动条件；加热时间短，氧化脱碳倾向小。