大型环类锻件双介质淬火的应用研究

　　我公司承制的电铲产品中的滚圈锻件为大型环类锻件，产品材质为PH130，锻件外径为Φ4220mm。按以往的生产模式，应采用油冷或水淬油冷的方式进行调质。由于产品直径较大，采用公司现有设备无法进行油冷。若采用单纯的水冷淬火，由于含碳量较高，锻件容易在淬火的过程中发生开裂。故决定采用水空双介质淬火的方式完成锻件的调质任务。

　　1 滚圈的主要技术要求

　　滚圈锻件粗加工尺寸为内径3940mm、外径4220mm、高度165mm，属大型环形锻件。锻件要求调质硬度为187～229HBW，锻件壁厚140mm，锻件钢号为PH130。具体化学成分见表1。

　　2 热处理难点及措施

　　2.1 热处理难点

　　锻件为大型环类锻件，壁厚相对较薄，锻件高度较小直径较大，含碳量较高，且有调质硬度要求。由于滚圈锻件直径较大，以我单位现有设备无法对此类锻件进行油冷处理，若采用常规水冷淬火则会面临淬裂的风险，且在调质过程中极易发生变形。

　　2.2 措施

　　(1) 防止锻件开裂: 在淬火过程中锻件表面和心部冷却速度不一致，产生较大的热应力，内外温差越大，则热应力越大。锻件在淬火过程中表面和心部发生相变的先后顺序不一样，由于相变伴随着体积变化，则在淬火过程中也会产生组织应力。在热应力和组织应力的影响下，锻件会发生一定程度的变形，甚至开裂。由于含碳量较高的锻件塑韧性较差，在调质过程中开裂的风险更大，所以很多锻件都采用空冷或者油冷的方式进行冷却。若要采用水冷的方式进行淬火，则需要尽力减小淬火过程中的应力，若能减小锻件的内外温差，则可减小锻件的热应力。同时还要保证锻件的冷却速度，尽可能获得更好的淬火效果。锻件入水后，表面温度会急剧下降，锻件心部温度下降缓慢，锻件内外温差会越来越大。若在水冷一段时间后再空冷，由于心部温度较高，锻件的表面温度会上升，内外温差逐渐减小。如此反复进行，可使锻件内外温差维持在安全范围之内，防止锻件调质时因应力过大而开裂。

　　(2) 防止热处理变形: 在保证热处理硬度的前提下，适当增大工件的热处理余量，尤其是内控的热处理余量; 采用三件滚圈合锻的方案，增加锻件高度，调质后再机加工分开，以此来防止锻件调质变形。

　　3 热处理工艺制定

　　滚圈调质采用水-空双介质冷却方式。

　　3.1 冷却时间选择

　　锻件首次入水时表面温度会迅速下降，并产生相变，首次入水后冷却至表面完成相变且温度低于最终回火温度为宜。从图1可以看出，锻件入水3min后表面温度在450℃左右，心部降温至800℃，内外温差较大。若水冷4min以上，锻件表面温度就会下降至400℃以下，进入冷硬温度范围，淬裂危险性也增加了。