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礦山設(shè)備的熱處理

2018-02-24

于梅　劉旭東
（北方重工熱處理分公司）

　　礦山設(shè)備包括球磨機、挖掘機、掘進機、給料機、磨粉機等，廣泛運用于礦山、冶煉、建材、公路、鐵路、水利和化學(xué)工業(yè)等眾多部門。由于礦山設(shè)備的作業(yè)環(huán)境惡劣，受振動、沖擊、磨擦、磨損、化學(xué)介質(zhì)腐蝕等因素影響，要求礦山設(shè)備要有一定的耐磨性、耐腐蝕、抗沖擊等性能，為達到這些要求，熱處理就顯得尤為重要。

　　1.熱處理工藝

　　礦山機械的絕大部分零部件都需要熱處理，只是很多關(guān)鍵部件的熱處理要求較為嚴(yán)格、特殊，礦山機械零部件的熱處理工藝和一般的機械零部件的熱處理工藝差不多，通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。本文會利用在平常工作中的幾個典型零部件的熱處理工藝，和大家一起探討整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理等在礦山機械上的應(yīng)用。

　　2.工件的預(yù)先熱處理

　　礦山設(shè)備工件的預(yù)先熱處理有退火、正火、調(diào)質(zhì)三類。礦山設(shè)備通常外形比較龐大，其組成部件，如箱體、外筒、大齒輪等都屬于大件。其中大件以調(diào)質(zhì)（淬火加高溫回火）工藝Z為復(fù)雜，淬火時受到鋼的淬透性、散熱條件以及淬火介質(zhì)的限制，加之大件內(nèi)部缺陷較多，在熱處理過程中會產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，加大工件的變形量和工件開裂的危險性。因此，大件調(diào)質(zhì)用階梯升溫加熱方式，淬火冷卻可采用水冷，雙液淬火等方式，要及時回火，并控制其升溫速度及冷卻方式。下面為半齒輪調(diào)質(zhì)實例簡單介紹。

　　如圖1所示，此半齒輪為球磨機部件，材料為ZG45，外形尺寸為φ5071.06mm/φ4800mm×630mm，重量為6938kg，技術(shù)要求硬度達217～255HBW。生產(chǎn)工藝路線：鍛造→去應(yīng)力退火→正火→粗車→探傷→調(diào)質(zhì)→精加工→去應(yīng)力退火。由于半齒輪尺寸較大，壁薄，加熱淬火過程中易變形，為了控制調(diào)質(zhì)過程中變形量，在齒輪內(nèi)部增加支承拉筋。按調(diào)質(zhì)硬度要求工藝如圖2所示。

　　工件在650℃保溫的目的：
　　（1）為避免工件內(nèi)部缺陷進一步擴展，減小工件內(nèi)外溫差，減小熱應(yīng)力。

　?。?）為讓工件以更快的速度進入均溫階段，減小工件在相變點附近的內(nèi)外溫差，減小組織應(yīng)力。

　　該工件調(diào)質(zhì)處理應(yīng)嚴(yán)格注意以下幾點：
　?。?）工件低于300℃裝爐，嚴(yán)格控制溫度達到650℃的升溫速度。

　?。?）淬火后工件表面冷卻至200℃時立即回火。

　?。?）回火時，采取低溫裝爐，升溫速度比淬火時慢。

　　3.工件感應(yīng)熱處理

　　礦山設(shè)備中一些工件，如滾輪、車輪、軸等需要感應(yīng)加熱熱處理。表面感應(yīng)熱處理根據(jù)感應(yīng)器頻率分高頻、中頻、工頻。下面為輥軸中頻表面感應(yīng)加熱實例探討。

　　35Mn輥軸為給料機部件，技術(shù)要求硬度是40～50HRC，重量為4010kg，外形尺寸為φ700mm×3500mm。生產(chǎn)工藝路線：鍛造→正火→粗車→調(diào)質(zhì)→精車→表面感應(yīng)熱處理→精車。表面淬火位置如圖3所示，端部兩種直徑外圓及兩圓之間臺面要求表面淬火，設(shè)備選用龍門數(shù)控中頻淬火機床。表面感應(yīng)淬火工藝：感應(yīng)淬火→回火。熱處理過程中出現(xiàn)幾個難點，其中：

　　（1）工件體積龐大，操作吊夾困難。

　?。?）表淬位置在兩圓及表淬兩圓之間，臺面比較特殊，感應(yīng)器需要研制。

　?。?）表面淬火水冷方式。

　　表淬感應(yīng)器根據(jù)表面位置，經(jīng)過五次改制設(shè)計為筒式感應(yīng)器，加熱試驗成功。根據(jù)兩圓之間臺面要求硬度，用感應(yīng)器上的水圈，無法水冷到臺面，改淬火方式為整體水冷（其中夾具也根據(jù)淬火方式制作的）。工件表淬并回火后，加熱面及臺面的硬度達到技術(shù)要求。

　　4.工件化學(xué)熱處理

　　礦山設(shè)備中一些工件，如齒輪類，它們是傳遞運動和動力的一種機械零件，要求它們有高的耐磨性、接觸疲勞強度、彎曲疲勞強度和屈服強度，而且心部要具有較高的塑性和韌性。這需要化學(xué)熱處理，常用滲氮、滲碳、碳氮共滲等化學(xué)熱處理方法。下面為弧齒輪滲碳實例說明一下。

　　材料為20CrMnMo弧齒輪，為減速器組成部件，尺寸為φ330.94mm/φ60mm×56mm，外觀形貌如圖4所示，重量為27.6kg。熱處理技術(shù)要求有效硬化層為1.2～1.6