作者：王孟，谷浩鹏，王忠，冯显磊，谢玲珍
单位：山推工程机械股份有限公司
来源：《金属加工（热加工）》杂志
我公司生产的新型全液压推土机中央传动中安装有导套，该件与法兰盘配合，起着导向和固定作用，由于其配合精度要求较高，并且需要较高的硬度来提高耐磨性，又由于该件属于薄壁件（5mm），热处理容易变形，其热处理难度较大。本文针对该件提出几种热处理方案，并对各方案进行分析讨论，选择出最合理的热处理工艺。
1.导套概况
件名：导套，设计材料为：ZG35SiMn，P部要求感应淬火，硬化层深度：1.5～2.5mm，表面硬度：52～60HRC，导套的示意如图1所示。
该件的设计工艺路线为：铸造→正火→粗加工→调质→精加工→感应淬火→磨内外圆。该件属于薄壁件，壁厚5mm左右，感应热处理时热影响区较大，感应热处理后变形较大，部分件椭圆变形，由于变形大磨削后部分位置硬化层深度不足，不能满足使用要求。该件的化学成分如表1所示，满足ZG35SiMn化学成分要求。感应热处理前各工序检经测均无问题。
表1化学成分（质量分数）（%）
C
Si
Mn
S
P
Cr
Mo
Ni
Al
B
DI值
0.50
0.72
1.23
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
84
2.检测
为减小热影响区，设计专用的外圆喷水冷却套（见图2），在加热时对加热部位对应的外圆处进行喷水冷却，以减小热量的扩散和热影响区来减小变形。经过多次试验，变形问题仍未解决，调整冷却水流量、压力、感应淬火频率、功率等调整仍不能解决变形问题，检测结果如表2所述。
表2感应淬火变形量检测（mm）
序号
加工尺寸80±0.02
感应后尺寸
1
79.99
79.98
80.15
79.30
2
79.98
79.98
80.18
79.48
3
80.01
80.02
80.10
79.94
4
80.00
80.02
80.11
79.93
选取变形较大的件进行剖检，剖检结果如图2、图3所示。该件磨削完成后表面硬化层深度仅为0.mm，达不到要求，金相组织为：回火马氏体+铁素体，表面硬度54～56HRC，晶粒度9级，心部硬度HBW。
（a）
（b）
图3表面硬化层深度及金相组织
图4心部组织
感应淬火工艺不能满足设计要求，多次调整工艺参数及工装均无法解决问题，我公司设计人员和工艺人员反复讨论设计两种解决方案：
（1）将该件材料改为20CrMnTi，采用渗碳热处理提高其耐磨性，工艺路线为：下料→锻造→正火→加工→渗碳直接淬火→磨内外圆；表面硬度为：58～63HRC，硬化层深度1.5～2.5mm，硬化层晶粒度≥8级，残留奥氏体≤20%，碳化物≤3级。
（2）将该件材料为ZG35SiMn，采用离子氮化热处理提高其耐磨性，工艺路线为：下料→锻造→正火→加工→调质→加工→磨内外圆→离子氮化。表面硬度≥HV1，氮化层深度≥0.3mm，渗氮层疏松级别≤3级，渗氮层氮化物级别≤3级。
3.试验
对上述两种工艺方案我公司各制作20件试验件，进行工艺试验。
（1）渗碳工艺试验
根据工件材料、结构及相关技术要求等，确定导套的渗碳热处理工艺，其渗碳热处理工艺流程如图5所示。
渗碳直接热处理前后检测变形量，对比结果如表3所示，变形量大的问题仍然存在，出现椭圆变形，且磨削加工后仍无法完成消除变形问题。
表3感应淬火变形量检测（mm）
序号
加工尺寸80±0.02
渗碳后尺寸
1
79.99
79.99
80.07
79.50
2
79.99
79.98
80.06
79.38
3
80.00
80.00
80.03
79.93
4
80.02
80.01
80.01
79.93
对渗碳导套进行剖检，其金相组织为马氏体和碳化物，马氏体级别为3级，碳化物1级，硬化层深度1.8mm，如图6所示，满足金相组织要求。
（a）
（b）
图CrMnTi渗碳导套剖检结果（×）
（2）离子氮化工艺试验
根据工件材料、结构及相关技术要求等，确定导套的离子氮化热处理工艺，离子氮化工艺的主要参数及离子氮化工艺过程如图7所示。
检测离子氮化前后导套内径尺寸，对比结果如表4所示，变形量大大减小，满足要求。
表4离子氮化变形量检测（mm）
序号
80±0.02
氮化后尺寸
1
80.01
80.00
80.00
79.99
2
80.00
80.02
80.01
80.02
3
80.01
80.02
80.03
80.02
4
79.98
79.99
80.01
80.02
氮化层表面硬度为：～HV1，氮化层深度为0.40mm，氮化层脆性为1级（见图8），氮化为级别为2级，均满足要求。
4.结语
通过以上三种措施对比发现，离子氮化工艺可大大减小工件的变形量，通过装机验证，主机工作h，无任何导套质量问题的反馈；h后拆检导套，磨损层非常小，几乎可以忽略。
关于我们
“热处理生态圈”以热处理为核心报道方向，着眼材料、冶金、热成型、加工和结构等影响零件成品的整个链条因素，构建质量生态圈的理念。
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