日照钢铁有限公司 山东日照 276806
摘要：热处理在机械制造中应用广泛，金属材料可经过热处理改善零件的力学性能，满足工况下使用要求，通过对热处理过程中产生的缺陷原因分析，可有效提高热处理效率和产品质量，降低成本消耗。
关键词：热处理；调质；表面淬火；缺陷
前言
台车轮是烧结机台车行走的重要零件，烧结机台车车轮运行环境温度高，粉尘较大，环境恶劣，轮轨外形磨损不匹配，台车载重量大等诸多原因导致车轮与钢轨接触的轮缘磨损量加大，降低了台车运行稳定性影响了生产效率。在检修过程中主要是通过测量台车轮与钢轨接触的外圆面轮缘的几何参数来判断车轮的磨损程度。车轮在运行过程中其心部承受着较高的应力，表面不断的与钢轨接触磨损，因此车轮零件外圆面表面硬度强化，内部保持原有的塑性和韧性，可有效降低车轮表面磨损，提高台车轮使用寿命。
1.台车轮加工工艺
台车轮毛坯为55钢锻件，其结构如图（1），由于台车轮承重量受力较大，该锻件结构主要使锻造流线方向与台车轮工作时最大正应力方向平行，与最大切应力方向垂直，锻造流线的分布与车轮外形轮廓相符合提高其力学性能。
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图（1）
台车轮图纸技术要求：
1）、台车轮整体要求调质硬度：HBS=220-225
2）、A面高频淬火，硬度为HRC45-51 淬火层深度为2-3毫米。
台车轮加工工艺：
锻造→立车粗车留5mm余量→调质油冷（HB=220-255）→数控车床车内孔Φ200留1mm余量，其余尺寸车成→30车床加工Φ216凹槽至尺寸→划线（孔6-M16-6H）→A面高频淬火→30车床精车内孔至图纸要求尺寸图纸如图（2）
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图（2）
2.存在缺陷分析
1）、存在缺陷：在高频淬火完以后工件温度降至室温时，工件表面硬度符合要求但淬火硬化层表面呈现不同程度的细小裂纹，硬化层以内至心部无裂纹，工件不合格，如图（3）。
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图（3）
2）、原因分析：55钢为高强度中碳钢，碳含量0.55%属于亚共析钢，该材质经过热处理后有较高的表面硬度和强度，但塑性韧性较差，切削性能中等，焊接性、淬透性差，水淬具有形成裂纹的倾向。
感应淬火特点：
①感应加热速度快，正常情况下只要几秒到几十秒的时间就可使工件达到淬火温度，使相变温度升高。
②由于加热速度快、时间短，使奥氏体晶粒细小而均匀，淬火后可在表层获得极细马氏体或隐针马氏体，使工件表层硬度较普通淬火的硬度高2-3HRC且具有较低的脆性。
③工件表层存在残余压应力，能抵消部分在变动载荷作用下产生的拉应力，提高疲劳极限。
③工件表面不易被氧化和脱碳，耐磨性良好工件变形量小。
④生产效率高，适用于大批量生产，易于实现自动化操作。
产生缺陷要因分析：
在感应淬火过程中产生裂纹缺陷主要有较大拉应力因素和材质本身缺陷两大原因。
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经过光谱化验分析该材质化学成分含量如下：
碳C：0.55% 硅Si：0.18% 锰Mn：0.51% 硫S：0.03%
磷P：0.03% 铬Cr：0.2% 镍Ni：0.25%
该材质均符合国家标准。
台车轮工件毛坯本身为锻件，在高频淬火之前已进行调质处理及机械加工，排出了材质本身原因产生的缺陷，另外淬火感应器在淬火45钢材质同规格型号的车轮未出现脆裂情况，因此工件在冷却过程中的应力因素是造成开裂的主要原因。
在高频淬火过程中产生的应力主要有热应力和相变应力两种应力同时作用，工件表面加热但未淬透，表面产生拉应力，如果淬透则表层的相变应力小于热应力，二应力合成的结果使表层产生合成压应力。
热应力、相变应力、合成压应力共同作用结果如图（4）
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图（4）
图中A点右侧淬透时一般不发生淬火裂纹，如只加热到临界温度以上冷却速度低或加热到临界温度以下（B点左侧）快速冷却则发生淬火裂纹。
3.方案改进
在高频感应淬火过程中急冷和极热产生的内应力是造成裂纹的主要原因，经过改进，在高频感应淬火机在淬180台车轮前先进行淬火其他工件，使冷却液温度升高至40℃时再淬火180车轮外圆面（降低冷却速度），在淬火后及时回炉回火，回火温度（180-200℃）。经现场试验，该方案有效消除淬火表面裂纹，工件硬度符合要求，结果如图（5）所示。
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图（5）
4.结束语
机加工工件在热处理过程中难免会出现各种类型的缺陷，通过对造成缺陷的原因的精确分析可有针对性提出改进方案，促进问题的解决，减少不必要的摸索，对提高工件质量及生产效率有积极的意义。
参考文献：
[1]王运炎、朱莉.机械工程材料.北京：机械工业出版社2008.12
[2]郁兆昌.金属工艺学.北京：高等教育出版社2006.6
[3]栾学钢、赵玉奇、陈少斌.机械基础（多学时）.北京：高等教育出版社2010.7
作者简介：
王磊磊，男，（1983-）武汉科技大学机械工程及自动化，学士，工程师，现从事冶金设备管理维护及机加行业管理。