履帶用滲碳銷套是工程機械履帶底盤件中的關鍵零件，在使用過程中要求銷套具用高的耐磨性能和良好沖擊韌度，銷套材料一般為20CrMnTi進行滲碳淬火處理，內外表面硬度要求57～63HRC，內外硬化層深要求2.2～3.5mm，心部硬度30～45HRC，表面碳濃度0.7%～0.9%。為達到以上要求，我公司采用的熱處理工藝為氣體滲碳爐滲碳，緩冷后通過感應透熱工藝進行銷套加熱淬回火。在生產(chǎn)過程中，由于滲碳工序控制不良或設備故障出現(xiàn)銷套滲層滲透的現(xiàn)象（心部wC為0.4%～0.5%）。對于滲透的工件一般采用高溫長時間脫碳處理，為防止氧化采用較低的碳勢進行保護，在脫碳過程中定期取樣進行檢查，達到脫碳要求后再進行正常的滲碳處理。此方法返工周期很長，返工成本高于銷套價值，往往對滲透的銷套直接進行報廢處理，造成制造成本的增加。
一、返修熱處理工藝
為了解決以上問題，結合公司的實際設備情況，通過多次試驗，找到了一種較為經(jīng)濟的銷套滲碳滲透返工的工藝方法。滲碳滲透件返修工藝：滲碳→緩冷→透熱淬火→外周感應淬火→回火。即對滲透返修件按正常的滲碳淬火處理后再進行外周感應淬火、回火。其具體方法如下：1）滲碳滲透銷套感應透熱淬火：加熱溫度840～900℃，回火溫度160～220℃，采用水基淬火液進行強制冷卻，使銷套滲透截面全部硬化。2）外周感應淬火，內孔噴液冷卻：全部硬化的返工件，采用外周感應淬火、內孔噴液冷卻的方法，對外周進行感應熱處理，使外部再次硬化；內孔在加熱時進行噴液冷卻，因此仍然保持第一次淬火硬度。此方法使內外表面硬度高，而心部由于外周加熱熱影響區(qū)造成心部硬度下降，從而實現(xiàn)外部硬而心部較軟的技術要求。3）返修件進行去應力回火，回火溫度160～240℃，保溫時間150min以上。
二、質量確認
滲碳滲透的銷套按以上返修工藝處理后進行表面硬度、硬化層深檢查，金相組織及壓扁試驗。同時與正常件進行了對比，結果如下。表1為返修滲碳銷套與正常生產(chǎn)銷套結果對比，從中可以看出：1）表面硬度在58～61HRC，滿足熱處理技術要求，同時與正常件相比無明顯區(qū)別。2）外層硬化層深在3.0mm，內層硬化層深2.8mm，滿足熱處理技術要求。3）心部硬度最低在31HRC，而正常件心部硬度最低42HRC，兩者相比，正常生產(chǎn)件的心部硬度比返修工件心部硬度高。
表1 銷套截面硬度檢查結果
這是由于返修工件在外周淬火時，由于熱影響區(qū)溫度過高造成高溫回火現(xiàn)象，從而造成心部硬度降低。而正常件生產(chǎn)時心部組織為低碳馬氏體，因此心部硬度較高。如圖1所示。
圖1 銷套硬化梯度對比
圖2為返修銷套內外表層與心部金相組織，圖3為正常銷套內外表層與心部金相組織。
圖2 返修工件（400×）
圖3 正常工件（400×）
返修銷套內外層金相組織為針狀馬氏體+少量殘留奧氏體及極少量碳化物，心部組織為托氏體+鐵素體+回火索氏體等混合組織，這是由于心部wC為0.4%～0.5%，在感應透熱時得到馬氏體組織，在第二次外周淬火時處于熱影響區(qū)的組織溫度較高，心部部分組織被回火得到回火索氏體，部分組織重新加熱到A+F兩相區(qū)間，在隨后的冷卻時得到F及極細的類P組織。因此造成返銷套的心部組織為S回+F+托氏體的混合組織。而正常工藝生產(chǎn)的銷套心部組織為板條狀低碳馬氏體組織。
對返修的銷套進行壓扁試驗，斷點力為82.79kN，斷點位移為1.84mm，與正常件壓扁無明顯區(qū)別，如圖4所示。
圖4 壓扁試驗
三、結束語
1）返修的滲碳銷套表面硬度、硬化層深、心部硬度均能達到滲碳銷套的熱處理技術要求。2）與正常工藝生產(chǎn)的銷套相比，返修銷套心部硬度較低。3）從金相組織來看，內外層近表面組織無明顯變化，心部組織返修工件為托氏體+鐵素體+回火索氏體的混合組織，正常件為低碳馬氏體組織。4）從壓扁試驗結果來看，返修工件與正常件斷點力與斷點位移無明顯區(qū)別。基于以上結果，我們對滲碳滲透工件按返修工藝方法進行熱處理，然后全部進行MT檢測，無裂紋產(chǎn)生。同時進行裝機試驗并跟蹤發(fā)現(xiàn)返工的銷套與正常件使用性能無明顯區(qū)別，達到了預期的效果。
作者：陳丹，馬強，張詩正
單位：山推工程機械股份有限公司
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