低碳馬氏體在Y27工作臺上的應用

陳貴清

(重慶三峽職業學院 重慶 404002)

Y27系列液壓機產品工作臺是用Q235A焊接而成的結構件，由于Q235A鋼屬于低碳普通結構鋼，其強度低，表面抗接觸應力低。以前生產的產品用戶在使用過程中出現了在工作臺表面換模時將工作臺表面碰傷，有些模具接觸面積過小而贊成工作臺面有嚴重的壓塌現象，嚴重影響產品的使用精度。因此提出了提高工作面強度的要求。

1 試驗方法

（1）方案的確定。為提高大平面Y27系列液壓機產品工作臺的表面強度，最初的設計方案有：①工作臺面材料采用35鋼；②對Q235A工作臺表面進行擠壓強化加工。通過分析和了解35鋼供貨狀態材料的硬度也只有170HB左右，并且市場上采購價格遠高于Q235A較多，采購途徑難于Q235A，焊接性能也低于Q235A；而表面擠壓工藝雖然能提高表面硬度20~30HB，但在公司目前設備上無法有效進行實施。在這種情況下我們提出對工作臺表面進行淬火強化處理工藝方案。根據Q235A材料的化學成分和生產特點，我們提出幾套熱處理工藝方案，通過工藝對比分析得出表面淬火加熱溫度在950℃左右，直接進行噴水淬火效果較好，工件得到的表面硬度在280HB以上。在表面熱處理時有效控制表面比功率，延長加熱時間，使工件加熱深度提高的辦法提高工件的淬火深度，達到提高工件表面強化深度，增加表面抗壓能力的要求。

（2）工藝試驗。Q235A鋼是普通碳素結構件，其化學成分中碳含量在0.14%~0.22%之間，相當于優質碳素結構件15或20號鋼的碳含量，其在完全奧氏體化后進行完全淬火，硬度值理論上可達到35HRC左右。由于低碳鋼淬透性較差，端淬試驗表明，其臨界直徑在10~15mm，如果進行表面處理其淬硬層深度一般不超過5mm，正常處理時表面硬度應在270~300HB之間。Q235A的Ac3在855~860℃左右，正常淬火溫度應在900℃左右，表面淬火溫度可取920~950℃。工藝試驗時選用Φ30直徑Q235A棒料，長度為200mm，在GP-100上進行連續加熱淬火，采用自身噴水式連續淬火感應器，淬火介質選用淬火用水，淬火溫度選擇在920~950℃之間，多次試驗淬火后硬度范圍均在28~34HRC之間。

（3）生產試驗。由于Y27系列工作臺板面較大，不可能一次同時加熱淬火，生產實驗中采用的設備是SSF-80型超音頻設備，頻率為10~40kHz,感應器為雙回線平面連續淬火感應圈，如圖所示，圖中上邊的導體起預熱作用，下邊的導體起加熱和噴水作用，由于雙回線導體中，高頻電流方向相反，平面上的感應電流也是相反的，為提高感應加熱效果，在加熱圈上安裝導磁體以提高加熱效果。通過工藝試驗使工作溫度達到920~950℃，淬火后檢測產品表面硬度可穩定保持在28~32HRC，完全達到預期標準。

2 結果分析

在雙回線平面連續淬火感應圈中，由于雙回線導體的高頻電流方向相反，平面上的感應電流也是相反的，所以兩個導體的間距不能太近，太近了會使兩導體產生的渦流相互削弱，也不能太大，大了預熱的效果會降低。按資料介紹一般間距選在感應器與工件間距的5倍左右，淬火時感應器與工件間距一般選2~3mm,兩回線間距選擇為12mm，為提高感應加熱的導磁效果，在加熱圈上安裝導磁體以提高加熱效果。加熱導體兼作噴水圈用，在相對工件面的下方并排鉆ф2通孔。由于工作臺平面大，需要經過多次并排重復淬火，為防止第二輪淬火時對第一條淬火帶造成回火，在感應器的兩邊上也鉆孔噴水孔進行噴水處理防止回火。為減少兩個淬火帶中間的軟帶區域寬度，兩個淬火帶的間距控制在5mm以內。

低碳馬氏體是淬火時馬氏體中碳當量較低的板條馬氏體組織，可通過低碳鋼經急冷淬火或中高碳鋼在部分奧氏體化后得到。由于在過去的認識中人們認為低碳鋼淬不硬，不能進行強化處理，也因此說不能進行淬火強化，所以在生產中根本不使用。但從金屬學原理上講,低碳鋼通過淬火是可以強化的，其熱處理工藝為將工件加熱到920~950℃時,使用冷卻能力較大的冷卻介質進行淬火處理，隨后根據需要可進行回火或自回火處理。資料介紹由于低碳鋼的臨界淬火速度很大，要求進行強烈冷卻，淬火介質一般建議選用10%~15%的NaOH水溶液或10%的NaCl水溶液，而對表面淬火因采用的是噴射冷卻，因此選用普通淬火用水也能達到一樣的效果。

低碳鋼經過淬火和低溫回火后可以得到的低碳板條狀馬氏體的機械性能兼有高的強度和良好的塑性、韌性等綜合機械性能，同時還有低的冷脆轉變溫度。在靜止載荷，疲勞及多次沖擊載荷下，其缺口敏感性及過載敏感性都較低，并且還具有低的疲勞缺口敏感度，低碳馬氏體有高的多次抗沖擊能力，其多次沖擊抗能力優于中碳鋼調質。在工藝性能方面，它保持了低碳鋼所固有的優良的冷成型性和焊接性，最小的脫碳傾向性能，淬火變形及開裂傾向都小，而且具有較好的抗磨損性能。低碳馬氏體鋼以淬火加低溫回火代替傳統的中碳鋼調質工藝已得到了很多方面的應用，其某些性能還高于中碳鋼調質處理。

3 結語

通過工藝實驗及生產試驗結論，Q235A鋼雖然是普通碳素結構件，其碳含量只在0.14%~0.22%之間，但也是可以通過淬火進行表面強化處理的，其正常處理時表面硬度在280~300HB之間。從2007年起，已處理了多臺Y27系列產品工作臺，在用戶處反映良好，目前該技術已在所有機型上進行使用。

改進建議：根據低碳馬氏體具有強韌性的原理，我們在淬火后未進行專門的回火處理，而是采用的自回火的辦法。但由于低碳馬氏體淬火后仍存在內應力，其第二類應力可達50~60MPa，會產生組織不良，當工件形狀不佳時，其應力仍可導致工件產生變形。所以建議對精度要求高及產品復雜的零件應進行回火處理；在淬火過程中嚴格按工藝進行保證淬火質量，在大面積的淬火過程中嚴格控制淬火交接帶及淬火重疊問題，控制軟帶的寬度。