ZG42Cr Mo大齒輪正火、回火工藝參數與力學性能探討

中國有色（沈陽）冶金機械有限公司鑄造分公司 （遼寧 110027） 隋顯常 劉紅楓

溢流型球磨機是我公司出口吉爾吉斯斯坦的產品。其中大齒輪材質為ZG42Cr Mo，規格為m＝25、z＝242，尺寸為φ6152mm×600mm，凈重22t，要求調質處理，齒面硬度228～269HBW。由于我公司無大型的淬火油槽，對大齒輪的調質處理無法實施，只能外委。近兩年來，外委調質的齒輪，存在變形、齒面硬度偏高且分布不均勻等問題，致使銑齒加工困難，增加成本，生產周期加長，拖延交貨期，給公司的信譽造成了不良的影響。

為解決上述問題，鑄造分廠提出：大齒輪粗車后，采用正火、回火代替調質工序，使齒面硬度達到228～269HBW，無需外委。通過進行試塊的工藝試驗，確定正火、回火工藝參數，并進行工藝評審，再確定大齒輪試驗工件的工藝參數。

1. 試樣的鑄造與一次正火

我公司承制的ZG42Cr Mo大齒輪化學成分見表1（JB/T6402－2006），為了模擬大齒輪的實際冷卻情況，根據大齒輪的齒長和齒厚，設計試樣尺寸為600mm×300mm×200mm。通過對試樣的鑄造與一次正火，試樣與工件同爐鋼液澆注，化學成分見表2。采用正火處理代替鑄后退火，可細化組織，縮短生產周期。將正火后的試樣各面加工到Ra=6.3μm，按照GB7233－1987、III級標準，進行超聲波無損檢測，完全符合標準。

表1 ZG42CrMo化學成分（質量分數） （%）

表2 試樣化學成分（質量分數） （%）

從一次正火工藝曲線及硬度檢測、小試樣截取及力學性能檢測等多方數據分析，一次正火代替鑄后退火工藝，由于拉伸試樣斷口存在鑄造缺陷，使斷面收縮率和伸長率沒有數值。從強度指標和硬度來看，用一次正火代替鑄后退火是可行的，但硬度未達到技術要求。因此，一次正火只能作為預備熱處理，不能作為最終熱處理。

2. 二次正火、回火試驗

取2#試塊進行二次正火、回火試驗，制訂二次正火、回火工藝參數，在熱處理車間H45爐進行試驗，工藝曲線如圖1所示。

圖1

經過二次正火、回火后，由于拉伸試樣中存在鑄造缺陷，因此在拉伸過程中沒有顯現出屈服強度。但抗拉強度和硬度與一次正火時相比，都有明顯提高。齒頂（距外表面18mm）硬度99%在228HBW以上，節圓（距外表面43mm）硬度66%在228HBW以上，齒底硬度（距外表面75mm）66%在228HBW以上。從拉伸棒上檢測的硬度分析，77%的硬度在228HBW以上，基本達到了技術要求。

為了確定合理的工藝參數，消除鑄造缺陷的不良影響，進行二次正火、回火試驗的復檢試驗。

3. 二次正火、回火試驗的復檢試驗

用3#試樣（一次正火）選用二次正火、回火的工藝參數，進行復檢試驗。

（1）硬度檢測 一次正火試塊經過二次正火、回火復檢試驗后，用砂輪將表層氧化皮打磨掉后，使表面粗糙度達到Ra=6.3μm，采用錘擊硬度法，進行硬度檢測，檢測部位如圖2所示。檢測結果見表3。

（2）力學性能檢測 按圖2截取力學性能試樣，經加工后，進行力學性能檢測，剩余試樣保留，結果見表4。

圖2

表3 二次正火、回火復檢表層硬度 （HBW）

表4 二次正火、回火復檢力學性能

（3）分析 從二次正火、回火復檢試驗的試樣力學性能和表層硬度綜合分析，與ZG42CrMo正火態力學性能標準（JB/T6402－2006）進行比較，強度和塑性明顯高于標準，已經達到了ZG42CrMo調質態力學性能標準要求，滿足了技術要求齒面硬度228～269HBW，證明了采用二次正火、回火完全可以代替調質工序。

4. 結語

（1）采用正火、回火工藝，減少了大齒輪齒頂、齒側的硬度差，且齒面硬度分布均勻，提高了齒形加工的效率，縮短了生產周期，節約能源，降低成本。

（2）采用正火、回火工藝，有效地防止了因在調質時出現的硬度不均，以及在使用時易出現點蝕的現象。

（3）采用正火、回火工藝，有效地控制了大齒輪調質處理后的變形，解決了校形難問題。

（4）正火、回火工藝的實施，操作簡便，不需專用的大油槽，只要有臺車式的加熱爐，即可實現，節約能源，減少污染，易推廣。