黃玉多，郭欣，于梅

北方重工集團(tuán)有限公司 遼寧沈陽 110141

1 序言

堆取料機(jī)是連續(xù)裝卸散裝物料的一種主要裝卸設(shè)備[1]，車輪是以軌道移動(dòng)方式承載堆取料機(jī)全部重荷的主要易損件（見圖1），其主要失效方式為踏面疲勞剝落和碎裂。

圖1 車輪

以往，對(duì)堆取料機(jī)車輪均采用沿踏面圓周方向連續(xù)中頻感應(yīng)加熱噴水冷卻方式進(jìn)行表面淬火，有效硬化層深度一般達(dá)到3～5mm，并且在加熱起始和結(jié)束位置留有一條縱向軟帶。隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)堆取料機(jī)及其車輪的質(zhì)量提出了更高的要求，按照J(rèn)B/T 4149—2010 《臂式斗輪堆取料機(jī)技術(shù)條件》 則要求測(cè)至260HBW的淬硬層深度應(yīng)達(dá)到15mm。這樣的淬硬層深度，需要采用工頻同時(shí)加熱水（油）冷卻的方法才能達(dá)到，并且表面淬硬層區(qū)域和過渡區(qū)域有良好的應(yīng)力分布，這將有利于提高抗接觸疲勞強(qiáng)度，延長工作壽命。雖然形狀相類似的單緣起重機(jī)車輪利用工頻淬火機(jī)床采用分段往復(fù)加熱方法，能夠達(dá)到此淬硬層深度[2]，但是兩種車輪形狀的不同，工藝參數(shù)也存在著一定的差異，要實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)車輪深層表面淬火，還需要進(jìn)一步的工藝試驗(yàn)和研究工作。

本文對(duì)臂式斗輪堆取料機(jī)的車輪進(jìn)行研究，選擇常用尺寸規(guī)格φ630mm（踏面）、材料為35CrMnSi鋼的鍛件車輪[3]，通過三段往復(fù)加熱方式進(jìn)行工頻同時(shí)加熱油浸淬工藝試驗(yàn)。

2 工藝方案及實(shí)施

2.1 技術(shù)要求

車輪的結(jié)構(gòu)如圖2所示，材質(zhì)為35CrMnSi鋼，要求踏面和輪緣內(nèi)側(cè)表面淬火硬度300～380HBW，從車輪踏面開始至淬硬層深15mm處硬度≥260HBW。

圖2 車輪結(jié)構(gòu)

2.2 感應(yīng)器的選擇

一般選擇感應(yīng)器的規(guī)格是根據(jù)工頻感應(yīng)器與零件間隙確定的，線圈內(nèi)徑一般為工件直徑＋40～100mm[4]，根據(jù)車輪的直徑選用φ720mm專用單相感應(yīng)器，感應(yīng)器線圈匝數(shù)為20匝，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 感應(yīng)器結(jié)構(gòu)

2.3 操作過程控制

車輪工頻感應(yīng)淬火在專用的車輪工頻感應(yīng)淬火機(jī)床上進(jìn)行。淬火時(shí)上料氣缸帶動(dòng)卡盤將車輪推送到感應(yīng)器中進(jìn)行加熱，變頻電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸、托盤及車輪繞縱軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，加熱時(shí)根據(jù)加熱情況上下移動(dòng)車輪，使車輪各部分加熱更加均勻；完成加熱后用橋式起重機(jī)起吊工件在空中預(yù)冷后進(jìn)行整體淬火操作。整個(gè)操作過程中，車輪加熱到溫后起吊到油冷卻過程中所用的時(shí)間最重要，因?yàn)檐囕嗠x開加熱環(huán)境處于空氣中，溫度下降的速度非常快，工件降溫過多低于淬火溫度時(shí)，會(huì)降低車輪的淬火硬度。在冷卻時(shí)車輪要不停擺動(dòng)，使冷卻更加均勻。操作人員要熟悉設(shè)備操作，并要與橋式起重機(jī)操作工配合好，做好車輪工頻感應(yīng)淬火準(zhǔn)備。

2.4 試驗(yàn)過程及工藝參數(shù)

車輪材質(zhì)為35CrMnSi鋼，經(jīng)過鍛造、退火、粗加工后調(diào)質(zhì)硬度241～286HBW，表面淬火前經(jīng)過UT、PT檢測(cè)，都符合圖樣要求，化學(xué)成分滿足工頻感應(yīng)淬火條件。設(shè)備調(diào)整到最佳狀態(tài)，橋式起重機(jī)操作工也做好起吊配合。

由于車輪踏面形狀為雙輪緣，這樣感應(yīng)器與工件的間隙上下變化較大，加熱時(shí)利用車輪上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)分三段往復(fù)加熱，達(dá)到緩慢透熱、均勻升溫，工件溫度到溫后整體浸油淬火，冷卻時(shí)橋式起重機(jī)不停擺動(dòng)。浸油冷卻后及時(shí)200℃回火，回火時(shí)間15h。工件加熱狀態(tài)如圖4所示，工藝參數(shù)見表1、加熱時(shí)間見表2。

3 檢測(cè)結(jié)果

按上述工藝方法淬火、回火的工件沿徑向切取橫向試塊（見圖5），檢驗(yàn)表面淬火結(jié)果。

圖4 車輪加熱狀態(tài)示意

表1 設(shè)備工藝參數(shù)

表2 加熱時(shí)間

圖5 車輪切取試塊

3.1 表面硬度

對(duì)回火后的車輪進(jìn)行硬度檢測(cè)，踏面硬度為330～360HBW，輪緣硬度為360～390HBW。雖然在淬火時(shí)已經(jīng)采取空中停留預(yù)冷，但是由于輪緣處壁厚較薄，冷卻能力好，因此硬度仍高于踏面硬度。

3.2 硬化層深

用顯微硬度計(jì)檢測(cè)硬度分布情況，硬度檢測(cè)線如圖6所示，結(jié)果見表3，硬度分布曲線如圖7所示。硬化層深度的測(cè)定方法按GB/T 5617—2005執(zhí)行，距離表面15mm處硬度高于260HBW，達(dá)到圖樣技術(shù)要求。

圖6 硬度檢測(cè)線

表3 距離淬火表面不同距離處硬度分布

圖7 硬度分布曲線

3.3 無損檢測(cè)

對(duì)回火后車輪的淬火面用砂輪打磨，進(jìn)行手動(dòng)拋光，再進(jìn)行著色無損檢測(cè)，車輪的表面淬火處沒有出現(xiàn)裂紋（見圖8）。

圖8 車輪淬火面著色無損檢測(cè)

4 結(jié)束語

綜上所述，合金鋼（35CrMnSi）鍛件車輪工頻感應(yīng)加熱、整體油浸的工藝處理，工件表面硬度、淬硬層分布狀態(tài)、表面質(zhì)量都達(dá)到理想狀態(tài)，滿足圖樣技術(shù)要求，驗(yàn)證了工藝方式及工藝參數(shù)的正確性。