引导轮感应淬火质量提升的研究

GXF360 2019-11-07

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欧洲、美国、日本等发达国家的很多知名企业以小吨位的挖掘机为主，小型挖掘机产品的市场需求量很大，我公司近年开始扩大小型挖掘机系列产品的种类，其中生产的1.5t引导轮是目前开发的最小的铸造引导轮，在试制阶段剖切检验时发现此引导轮的淬硬层深不良，包含R弧部位没有硬化层和工作面淬硬层过深。针对此问题，进行了化学成分、金相组织、热处理工艺、感应器设计等方面的研究，找到淬硬层深不良的主要原因，并进行解决，以保证产品质量。

辣椒去籽，粉碎过筛，称取 5.0 g，加入40 mL蒸馏水和0.2% (W/W)的纤维素酶，50 ℃反应2 h后进行离心分离，取上清液，残渣用40 mL丙酮浸提剂，超声提取30 min，过滤，得到包含辣椒红色素的滤液。

1.淬硬层不良原因调查

1.5t引导轮的热处理要求如图1所示，剖切块腐蚀形貌如图2所示，A、A´代表轮沿，B、B´代表R弧，C、C´代表工作面，从图2可知工作面C´淬透为10mm，淬硬层超差，R弧处B、B´的硬化层为0，A、A´分别为3.9mm、4.5mm。引导轮工作时受力复杂，工作面与链轨接触，磨损最大，此处淬透容易在使用过程中出现开裂，造成不能使用，需要进行改进。

图1 热处理技术要求

图2 剖切块腐蚀形貌

（1）化学成分、组织及晶粒度 1.5t引导轮采用的材料是SCSiMn2H，通过检验化学成分如表1所示，其DI值在要求的中限，化学成分合格。硬化区组织为回火马氏体，晶粒度为7级，基体区组织为珠光体+铁素体，晶粒度为6级，组织及晶粒度合格。

表1 引导轮体的化学成分（质量分数）（%）

项目 C Si Mn S P Cr Ni Cu DI值规格值 0.4～0.47 0.3～0.8 0.7～1.4≤0.035 ≤0.035≤0.3≤0.5≤0.3 50～70检测值 0.45 0.52 1.17 0.01 0.02 0.1 0.015 0.015 59.6

（2）感应器设计图3为此轮体的感应器，由于R弧处相比工作面和轮沿处小，其加热方式为靠透热，从感应器设计上看已经进行了R弧强化，避免R弧加热不好，轮沿和工作面淬透，从图样分析1.5t引导轮的工作面和轮沿的壁厚相差约2倍，此感应器的设计利用了感应的邻近效应，将壁薄的工作面处的距离适当增大了，但是由于加热R弧处的加强体尺寸太小，仅为2mm，因此使R弧处加热效果不好，淬硬层为0。而热处理参数的选择都是根据经验理论公式及结合现场试验情况确定的，通过现有的热处理试验参数的调节（如加热时间、冷却时间调节等）、变换加热位置、分段加热对R弧预热等方式均无法满足热处理要求，因而将淬硬层不良的主要原因确定为感应器的设计不合理，改善方向是重新设计感应器。

图3 引导轮体热处理感应器及加热过程示意

2.改善及分析

为了解决轮体工作面和轮沿截面薄厚悬殊引起的工作面淬透，而R弧处为0的问题，主要通过以下两个方面进行改善。

（1）感应器重新设计由于感应器设计采用计算机模拟技术还未完全在实际生产中推广，对于新产品的感应器很多公司主要采用结合以往同类产品的设计经验，再根据试验结果进行优化感应器的设计。由于感应器与工件的间隙越大，漏磁通越多，磁场能量的体密度也就越小，因而按经验适当增加壁薄处间隙，借此抑制壁薄处的淬透，感应器设计变化点如表2所示，改善后的感应器加热如图4所示。

表2 感应器设计变化点

images/BZ_68_909_2085_2161_2151.png大工作面与感应器的距离/mm大端 8.5 11小端 3 3.5轮沿加强体厚/mm 2 3加热顺序工作面先红，先加热轮沿先红，先加热

图4 改善后感应器加热示意

改善后的感应器检验合格后进行热处理试验，通过多次工艺参数的调节，发现R弧处的淬硬层深提高了，主要是由于改善后的感应器加大了R弧处的加热面积，但是工作面还是出现淬透的现象，由于轮体的工作面太薄仅有10mm，仅通过增加距离，不容易达到不淬透的要求。再次改进的对策为对加热工作面处的感应器位置增加硅钢片进行屏蔽，可以改变磁场的方向，利用硅钢片驱流作用，可以改变电流与感应涡流的相对位置，减少磁力线对工作面的加热，硅钢片材质为D41，厚度为0.25mm，小于中频电流的透入深度，可以避免额外的功率消耗。

通过调整硅钢片的粘贴范围控制对磁力线减少的控制，经过多组试验确定了最佳的粘贴范围为整圈均布粘贴三处50mm的硅钢片。再次改善后的感应器加热如图5所示，加热效果如图5所示。

审题分析如果是分别取n=1,2,3,那么很容易得出方程组并且解出答案a=3,b=11,c=10.但是如果运用上述方法就不符合题目的相关要求，但是如果我们通过勾画出关键词的方法引导学生审题就不难发现，对以上的用特殊方法得出的结论还需要用数学归纳法来证明，这样才是正确的解答，才是符合题目要求的解答.

图5 再次改善后的感应器加热

（2）增加水冷改善第二面加热时对第一面淬硬区的影响通过感应器的多次改进和现场试验，加热效果很好，如图6所示。但是剖切检验发现第一面的轮沿淬硬层和表面硬度比试验时用里氏硬度计测量时低了2mm，通过再现试验发现是由于轮体的尺寸太小，加热第二面时，温度高，传导到第一面的淬硬区，导致第一面退火造成的。因而再次试验时，再加热第二面时，对第一面采取水冷的方式降低温度，如图7所示。

图6 再次改善后的感应器加热效果

图7 加热第二端示意

（3）试验结果按照以上的改善方法，进行MT检测合格，剖切检验数据如表3所示，满足热处理技术要求，轮体剖切腐蚀相貌图如图8所示。硬化区组织为回火马氏体，晶粒度为8.5级，如图9所示，基体区组织为珠光体+铁素体，晶粒度为6级，组织及晶粒度合格。

（4）增强创新意识。作为主要是在内河航道护岸施工项目上的施工企业，创新的落脚点是在施工工艺的改进上，如我们在护岸墙身的钢模板一侧，加设了一根角钢，减少了模板在移动过程中，对混凝土边角的损坏；间隔式自动喷淋养护的使用，既满足了养护要求又减少了基坑内积水。这些“微创新”工艺，就很好地提升了工程的施工品质。