一种大型回转支承感应淬火工艺

　　HJN4150（Ø80mm交叉滚）是目前回转支承交叉滚系列中滚动体直径较大的支承（见图1），其材料为50Mn钢，要求淬硬层深（3-5）mm，硬度（55-62）HRC，无裂纹。支承加工路线为粗车→精车→淬火→回火→钻孔→磨削→装配。由于该支承直径较大，壁厚相对较薄，且毛坯系自由锻造而成，车加工余量非常大，加工后易变形，造成滚道与外圆不同心，不利于随后的滚道连续感应淬火。其次，该支承淬火所用的立式淬火机床所配的中频电源设备为100kW、8kHZ中频发电机，原有的单匝感应器存在设备加热功率不足、感应器变形等问题。针对可能出现的一系列缺陷，着手采取了一些保障措施，取得了较好的效果。 　　1　改进措施
　　（1）毛坯的供货状态为正火组织，毛坯粗车时，几乎切削掉本身质量的一半以上，故切削应力很大。因此先用Ø5m井式回火炉进行去应力退火，工艺为（550±10）℃×4h，退火后再精车，使滚道与外圆同心。
　　（2）利用粗车下来的毛坯厚毛边检查化学成分，结果见表1。 　　经检验，该支承圈毛坯本质晶粒度为3级，实际晶粒度为4级，均低于企业标准要求的6级，属于不合格；化学成分中含碳量偏上限。为此，在其后的淬火加热时，将加热温度提高到930℃左右。
　　（3）感应器、喷水器的设计
　　①感应器
　　原来大交叉滚支承淬火，大多采用壁厚较大的单匝感应器，这样加热功率消耗较多（如直径Ø72mm交叉滚淬火，耗用功率70kW，几乎到了设备的Z大输出功率）。为解决这一问题，作如下改进：采用双匝感应器淬火，感应器用12mm×6mm×2mm的矩形紫铜管焊接弯制而成；为防止滚道外口倒角处产生尖角效应，感应器两端稍微翘曲，感应器前端做成86°，以保证感应器与滚道耦合间隙由小到大。为提高加热效率，感应器上附加导磁体，如图2所示。 　　②喷水器
　　原来所用的喷水器出水与水平方向呈0°，现改为与水平方向呈30°朝下倾斜，喷水孔由Ø1.0mm改为Ø1.2mm。这样可稍微缓和水直接喷到滚道上所造成的较大压力，以减少产生裂纹的可能性。
　　（4）提高淬火介质浓度，调整淬火加热温度
　　将聚乙烯醇淬火液浓度提高到0.28%，将淬火温度提高到930℃，校正滚道移动线速度，调整感应器、喷水器与滚道的耦合间隙。在滚道外部增加附加喷水，防止冷却不足。开始淬火时，先试淬一小段，检查有无裂纹、硬度是否合格，直至符合要求。
　　Z终确定工艺参数如下：变压器匝比14：2，电压590V，电流90A，功率因数cosØ=0.95（超前），功率40kW，滚道移动线速度为180mm/min，感应器与滚道耦合间隙为1.5mm，喷水器上端距离感应器下端位置为40mm。淬火时随时观察加热温度，以调整十字滑台手轮，保持感应器与滚道面的耦合间隙不变。
　　淬火结束后，经检查滚道上6点（分布见图3），没有裂纹，酸洗滚道，淬火硬化区分布均匀，硬度值如表2所示。 　　（5）及时回火
　　回火工艺（180±10）℃，回火后检查硬度基本不变
　　2　分析讨论
　　（1）粗车后进行退火，能有效地降低切削应力，工件在精车后，变形量相对较小，有利于淬火。
　　（2）改进感应器的结构形式，将单匝改为双匝，使磁力线密度增加，减少了磁力线在空气中的逸散损失，提高了加热效率；使喷水器出水呈一定角度，缓和了出水压力，降低产生裂纹的可能性；采用附加喷水，防止工件因冷却不足而造成硬度偏低。
　　（3）提高聚乙烯醇淬火液浓度，降低淬火液在（200-300）℃之间的冷却速度，防止原始组织粗大的毛坯淬火时出现裂纹。
　　（4）提高加热温度以获得较为均匀的淬火组织。原始组织越粗、加热速度越快，奥氏体中碳浓度达到钢的平均碳含量时所需的加热温度越高^[1]。
　　（5）及时回火，可保证不因内应力大，而在搁置期间工件出现开裂，搁置时间一般小于4h。由于感应加热淬火后得到的马氏体，在室温下也会发生缓慢分解，造成工件畸变和表面开裂。中碳钢淬火后得到的马氏体组织，虽然具有高的强度和硬度，但是很脆，缺乏韧性，残余应力较大，因此，淬火后的工件必须回火处理，以消除残余应力^[2]。
　　采取以上措施后，保证了大型回转支承的淬火成功，达到了工艺要求。
　　参考文献：
　　[1]刘志儒,卢锦宝.金属感应热处理[M].北京:机械工业出版社,1985:67.
　　[2]徐立民,陈卓.回转支承[M].合肥:安徽科学技术出版社,1988:171.