;        Mo天車車輪鍛件夾(jia)板淬火與回火熱處理組(zu)織與性能(neng)

1、引言

天車是冶金行業的重要裝備，車輪是其關鍵部件，起著支撐天車大梁和保證大車行走的作用。在實際工作過程中，車輪外圓（踏面）與軌道接觸，承受較大周期性載荷和強烈的滾動摩擦磨損。車輪踏面硬度不均，導致出現壓痕或凹坑，便發生局部磨損， 是制約車輪使用壽命的重要因素。因此，車輪外圓必須具有足夠的強度和硬度（一般為HB350-380），特別要求踏面硬度分布要均勻一致，同時適當提高淬硬層深度，來提高車輪的耐磨性和使用壽命，同時要求輪轂具有良好的綜合性能。常規條件下多采用表面感應淬火工藝，但該工藝要求具有專用的工頻設備，關鍵是控制表面淬硬層深和硬度一致上工藝難度大。為克服這些問題，探索一種夾板淬火工藝方法，用于替代表面感應淬火工藝，滿足了冶金行業專用天車車輪的特殊要求。本文重點介紹在夾板淬火工藝條件下42CrMo合金鋼天車車輪件的組織結構和性能特征。

2、實驗方法

本工作研究(jiu)的(de)對象是某冶金專用天車(che)車(che)輪(lun)(lun)鍛件(jian)，材質為42CrMo，其化學成分(fen)見(jian)表1，尺(chi)寸為630mm×160mm，見(jian)圖1，重量為370kg。技(ji)術要求車(che)輪(lun)(lun)的(de)踏面硬度(du)HB350-380，深(shen)度(du)大(da)(da)于20mm，在20mm深(shen)處硬度(du)大(da)(da)于HB260。車(che)輪(lun)(lun)進和(he)半精加工后用(yong)于本(ben)試驗(yan)。

表1   42CrMo的化學成分(fen)分(fen)析

圖1  車輪尺(chi)寸結構圖

夾板淬火工藝采用夾板工裝將車輪工件非淬火部位保護起來，整體加熱和冷卻。本試驗的淬火工藝為450度/5h/空冷。對熱處理后的車輪工件進行解剖取樣，分別測定不同深度和部位的硬度、拉伸性能，并觀察組織結構。硬度和拉伸試驗分別在HB-3000臺式硬度計和WE-60A液壓式萬能試驗機上進行，在光學顯微鏡上觀察組織結構。

3、實驗結構與討論

在(zai)(zai)夾板(ban)熱處理(li)后的(de)車輪(lun)工件(jian)上(shang)取(qu)切輪(lun)緣剖面試(shi)樣(yang)，測定硬度(du)(du)在(zai)(zai)踏面寬度(du)(du)上(shang)和(he)深度(du)(du)上(shang)的(de)硬度(du)(du)測試(shi)點分布如圖(tu)2所示，其測試(shi)結果見表2。拉伸(shen)(shen)試(shi)樣(yang)是沿踏面軸向(xiang)分別取(qu)兩(liang)條樣(yang)品，標(biao)記為1號(hao)(hao)和(he)2號(hao)(hao)，見圖(tu)3，并加工成直徑10mm標(biao)準拉伸(shen)(shen)試(shi)棒，進行拉伸(shen)(shen)性(xing)能(neng)檢測，表征踏面以下12.5mm和(he)37.5mm位置的(de)拉伸(shen)(shen)性(xing)能(neng)，其檢測結果見表3。分別在(zai)(zai)拉伸(shen)(shen)試(shi)樣(yang)1號(hao)(hao)、2號(hao)(hao)卡頭部位截(jie)取(qu)金相試(shi)樣(yang)，進行金相組織(zhi)分析（圖(tu)4）。

 圖2  硬度樣品的測試點

  圖3  拉伸試樣取樣位置(zhi)示意圖

 圖4  次夾(jia)板(ban)淬火與回(hui)火熱(re)處理(li)組織

a— 深(shen)(shen)度12.5mm處；b—深(shen)(shen)度37.5mm處

  表2  硬度樣品(pin)合(he)金(jin)表層硬度分析（HB）

  表3  拉伸(shen)性(xing)能檢測結果

由以上試驗結果可見，硬度在同一深度的不同位置比較一致，而沿深度方向硬度逐漸降低，形成良好的梯度分布，具有較厚的淬硬層，對提高車輪抗磨損性能有利。而抗拉強度也沿深度方向降低，塑性變化不大。這種性能的梯度分布特征與材料的熱處理組織相關，再近表層組織中，是托氏體和貝氏體兩種組織（圖4a），隨深度增加，貝氏體組織在減少，托氏體組織在增加（圖4b），即使在37.5mm處，仍然存在一定比例的細小貝氏體組織。組織過渡的均勻性為性能的分布提供了良好的、舒緩的梯度分布，也為車輪件提供了良好的使用性能。對于冶金專用天車而言，車輪載荷較大，獲得較厚的淬硬層和良好的組織、性能梯度分布是及其重要的。

4、結論

（1）Mo天車經夾板淬火與回火處(chu)理后，力學性能完全滿足設計要求。
（2）表(biao)層（12.5mm）組(zu)織(zhi)為(wei)托(tuo)氏體和貝(bei)(bei)(bei)氏體，并在(zai)深(shen)(shen)度(du)方向上貝(bei)(bei)(bei)氏體逐(zhu)(zhu)漸(jian)減小(xiao)，托(tuo)氏體逐(zhu)(zhu)漸(jian)增加(jia)。在(zai)37.5mm深(shen)(shen)度(du)仍然(ran)存在(zai)少量細(xi)小(xiao)貝(bei)(bei)(bei)氏體組(zu)織(zhi)。
（3）經夾板淬(cui)火(huo)與回火(huo)后，具有更加合理的組織(zhi)與強度分布(bu)，有利于提高使用性能。
（4）夾板淬火(huo)與回(hui)火(huo)這種工藝方法(fa)，設備(bei)簡單，具有廣泛的適用性。

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