眾所周知,熱處理質(zhì)量優(yōu)良的瓦楞輥應該保證充分淬透、達到所要求的淬硬層深度、硬度均勻無軟帶又不產(chǎn)生開裂。而充分均勻淬硬且防止淬裂的條件除成分穩(wěn)定的材料和充分合理的預備熱處理(如調(diào)質(zhì)。重復多次去除機加工和焊接應力)外,還要求在淬火冷卻過程中,各溫度階段的冷卻速度分布必須在該種淬火的允許冷速區(qū)內(nèi),實現(xiàn)"水淬油冷"的冷速分布,即高中溫冷卻階段具有像水一樣快的冷卻速度,以避開非馬氏體組織轉(zhuǎn)變區(qū)。而在低溫階段冷卻速度應盡量緩和,特別是300℃左右時的冷速要像油一樣緩慢,以避免產(chǎn)生變形和裂紋。
新工藝對傳統(tǒng)的熱處理方法進行了工藝改革。
一是通過調(diào)整材質(zhì),穩(wěn)定和縮小化學成分的范圍,調(diào)整加熱方法和加熱溫度來移動冷速允許區(qū)。
二是通過選擇性能優(yōu)越的淬火介質(zhì)和調(diào)整冷卻方式來移動冷卻曲線,使其進入允許冷速區(qū)內(nèi)。
迄今為止,國內(nèi)對合金鋼進行中頻淬火一般使用聚乙烯醇溶液作為淬火介質(zhì)。聚乙烯醇使50年代中期開始用于水的添加劑,目前在我國普遍使用,由于其冬季怕凍,其他季節(jié)易變質(zhì)、發(fā)臭,且使用中易結(jié)塊阻塞噴孔,難以維護保養(yǎng)等缺點,有效使用壽命短。同時,因為使用含量低(通常使用濃度在千分之二到千分之三左右,而其濃度千分之一的變化即可引起性能的很大差異)難以準確檢測和控制濃度,因此大多數(shù)僅憑操作工以經(jīng)驗控制(如:看泡沫多少和以手感判斷粘度等),故無法保證穩(wěn)定的淬火質(zhì)量。由于不利于濃度管理,國外已很少采用。
新工藝引進SZ水基淬火液和淬火工藝用于瓦楞輥和其它合金鋼淬火,有效地保證了淬火質(zhì)量的穩(wěn)定性。SZ水基淬火液屬聚烷撐乙二醇類(PolyalkleneGlycols)淬火劑。
具有逆溶性,通過調(diào)整成一定的濃度可獲得比油快、比水慢的淬火冷卻速度。當工件淬火時,噴淋的淬火液會在工作表面附著上脫溶的聚合物薄膜,薄膜能有效地破壞水在工件上形成的蒸汽膜,因而提高了水的高溫冷速,并且使工件不同部位的冷速趨于均勻,這層聚合物膜的存在也降低了水的低溫冷速,減小了淬火變形和開裂的危險。同時,該淬火介質(zhì)濃度便于檢測、控制,保證了工藝的穩(wěn)定性。其次,在一定范圍內(nèi),通過改變攪拌條件來控制淬火介質(zhì)的溫度,保證淬火介質(zhì)的冷卻特性曲線落入允許的冷速區(qū)內(nèi),使淬火工件實現(xiàn)淬火硬度高且均勻,無開裂,并保證穩(wěn)定的淬硬層深。由于每道工序的層層嚴格控制,淬火工件變形量可以穩(wěn)定地小于0.15毫米內(nèi)。
為什么有的一對瓦楞輥中存在有槽的(包括導紙片槽,真空外吸和內(nèi)吸槽)易于淬裂并且有明顯軟帶,所以往往出現(xiàn)淬火偏軟的現(xiàn)象。
這是因為中頻感應淬火是感應圈勻速移動瞬間加熱,淬火時隨著感應圈的向上移動,槽的下端部楞齒因受槽阻斷磁場和向上傳遞的熱量,功率和熱量集中而瞬間過熱容易淬裂崩齒。同時,槽的上端因槽阻斷了下部的傳遞熱量,溫度還未達到相變溫度但感應圈已上升因而淬不硬,形成明顯軟帶。為減少淬裂風險,往往降低淬火溫度或選用含碳量相對低的35CrMo材料,以犧牲淬火硬度為代價。
瓦楞輥類似2.5以下模數(shù)的小齒輪,常用中頻淬火頻率一般在2500~8000Hz之間。直徑大的瓦楞輥頻率在2500~4000Hz之間。所以淬火時齒頂與齒溝明顯存在溫差,往往會致使淬火后出現(xiàn)齒頂軟、齒溝硬,并在齒溝附近集中很大的拉應力,易引起軸向開裂。
新工藝針對性地對熱處理設(shè)備、感應圈、噴水圈、感應圈與噴水圈的距離、兩圈與工件的間隙、噴淋角度、加熱方法和感應圈移動速度及方法采取了突破性的改進,使楞面獲得HRC58以上、6~7毫米層深、硬度均勻、有槽輥無明顯軟帶的硬化層,從而保證了熱處理質(zhì)量的穩(wěn)定性。
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