復合耐磨襯板熱處理工藝研究

馬戰勛，唐新俠

“爆炸焊復合耐磨襯板”主要應用于冶金軋機機架襯板及工作輥、支撐輥軸承座襯板，還有一種由單一材料制成的耐磨襯板用在精鍛機操縱機軌床上。兩種耐磨襯板都要求具有良好的耐磨性和抗沖擊振動的能力。由于耐磨襯板硬度要求高，尺寸相對薄而長，熱處理過程中產生了較大的淬火翹曲變形、淬裂以及硬度偏低，用板材專用淬火壓床（見圖1）壓力淬火仍存在一定的淬火翹曲變形，因此，研究控制淬火翹曲變形和裂紋是主要任務。

1. 技術要求

復合材料耐磨襯板：≤2000mm×1000mm×45mm（長×寬×厚度）；單一材料耐磨襯板：≤2000mm×177mm×25mm（長×寬×厚度），見圖2。

復合材料耐磨襯板工作面材料為T8、30Cr13，基面材料為Q235；單一材料耐磨襯板為65Mn。

復合耐磨襯板：工作面為T8時淬火硬度≥60HRC、30Cr13時淬火硬度≥56HRC，硬化層深度≥5mm，平面度≤3mm，安裝基面硬度為70～100HBW。單一材料耐磨襯板：工作面為65Mn時淬火硬度≥55HRC，硬化層深度≥5mm，平面度≤4mm。

2. 工藝流程

工藝流程：下料→焊接（復合襯板）→機加工→壓力淬火、回火→校正→磨削→裝配。淬火工藝如下：T8鋼淬火（810±10）℃×3h水冷＋180℃×4h，30Cr13鋼淬火（1030±10）℃×3h水冷＋180℃×4h，65Mn鋼淬火（840±10）℃×2h水冷＋180℃×3h 。采用淬火壓床上壓力淬火。

3. 問題及原因分析

圖1 淬火壓床

圖2 單一材料耐磨襯板

（1）翹曲變形原因 采用上述熱處理工藝，復合耐磨襯板淬火后首先暴露出的是工作面凸起、基面凹下的變形問題，一般翹曲變形量在7～10mm，這表明焊接面保持完好沒有分離，工作面T8、30Cr13凸起是淬火組織的比體積大于基面Q235的非淬火組織的比體積所致，只要結構為一面是淬火材料另一面是非淬火材料就存在這種差異。單一材料耐磨襯板由于結構薄而長，要求硬度高，淬火時壓床先下水的面淬火后出現凹面，背面是凸面，這是由于襯板水平壓在壓床上，下水時先下水的表面受到水的阻力作用就會出現下凹上凸的現象，故靠壓床不會完全解決翹曲變形問題。對于較厚的復合耐磨襯板，由于水的阻力引起的下凹上凸效應不是主要的，由不同種材料特別是碳含量相差較大的兩種鋼板爆炸焊在一起的復合板材淬火時，由于得到淬火馬氏體的比體積相差懸殊，淬火硬度高的面比體積大呈現凸面，硬度低的面比容小呈現凹面。

（2）淬火裂紋原因 復合耐磨襯板及單一耐磨襯板淬火后常出現裂紋和硬度偏低，裂紋部位主要在T8、30Cr13及65Mn鋼板的棱角上，T8鋼的淬火硬度雖然也可達到60HRC，但因其淬透性差，受較厚部分基面材料Q235的影響，水淬火后硬度達到60HRC困難，并有軟點。當采用強烈的淬火冷卻介質鹽水不預冷直接淬火時，由此帶來的淬火變形、淬裂傾向必然增大。30Cr13鋼為中碳馬氏體不銹鋼，由于馬氏體不銹鋼特性主要是抗腐蝕性，淬硬性相對較低，淬火硬度達到56HRC是很困難的。為了同時兼顧耐磨性、耐蝕性 ，淬火采用相對激烈的冷卻介質水冷，采用5%NaCl鹽水淬火能達到硬度要求，但很容易淬裂。65Mn鋼是一種彈性較高的鋼，淬火獲得較高硬度時雖然解決了硬度和耐磨性問題，但淬裂的傾向增大，同時造成的翹曲變形也增大，使得校正難以進行。綜上所述，由于產品設計的硬度已經到了或超過了材料的極限硬度，淬火時冷卻控制不當極易產生裂紋。

4. 工藝改進

淬火后同時獲得高的硬度、小的變形和不淬裂是個矛盾的統一體，采用合適的淬火冷卻方法既保證硬度又兼顧變形小、不淬裂；壓力淬火時在耐磨板凸起部位墊上適當厚度的墊片，采用預先反變形的方法控制最終的翹曲變形是能夠辦到的。下面探討工藝參數的制訂。

（1）淬火溫度確定 淬火溫度對淬火變形有一定的影響，一般隨著淬火溫度的升高硬度升高，變形也增大，對于T8鋼淬火溫度偏高硬度反而下降，因此淬火溫度在規定的780～810℃內選下限（780+10）℃。對于30Cr13鋼，淬火溫度偏低會降低淬火硬度，因此淬火溫度在規定的1030～1050℃內應選中下限（1035+10）℃，65Mn鋼淬火溫度為（840±10）℃。

（2）壓床壓淬控制 淬火時一是要在耐磨板易凸起的部位放置3個5mm左右厚度的網格墊片來控制淬火后的平面度，此外檢查淬火壓床床面中心處的實際壓力是否能滿足公稱壓力要求。

（3）淬火冷卻確定 如前所述，耐磨板要求硬度過高，淬火前先在空氣中預冷60～80s以防產生裂紋。對于T8鋼耐磨板因零件尺寸較大，水淬會出現軟點，采用5%NaCl鹽水冷卻，鹽水溫度20～40℃，冷透；對于30Cr13、65Mn鋼淬火應采用水冷卻，水溫20～40℃，時間5～6min后空冷至室溫。

（4）回火 耐磨板淬火后在2h之內進行回火，溫度150～180℃，保溫時間均不少于6h。

（5）校正 由于耐磨襯板淬火后的硬度很高，個別零件超出了規定的變形范圍，不得不用機械校正的方法校正，凸面采用火焰校正的方法熱點校正，溫度控制不超過800℃水冷。

5. 試制結果

按上述工藝共熱處理了3爐6塊爆炸焊復合耐磨襯板，3爐19塊單一材料耐磨襯板。其中T8材料3塊，淬火后的硬度達到了60～61HRC，平面翹曲度≤3mm；30Cr13材料3塊，淬火后的硬度達到了56～58HRC，平面翹曲度≤3mm，基面Q235硬度為100HBW；單一材料65Mn淬火后的硬度達到了55～56HRC，最終經粗磨、精磨后能夠滿足產品設計要求。

6. 結語

（1）耐磨襯板普遍要求的硬度高，只有通過預冷加強冷的淬火方法才能達到硬度要求又不至于淬裂。

（2）淬火壓床可有效地控制薄長高合金板材的淬火變形，但需根據翹曲變形規律在凸起部位墊上適當厚度的墊片，采用預先反變形的方法才能有效控制。