淬火工艺对矫直辊硬化层深度的影响

摘 要 ：本文主要通过淬火试验,找出矫直辊硬化层深度与不同淬火工艺的关系,改善高硬度矫直辊的磨削性能,改进淬火工艺.

关 键 词 ：矫直辊 硬化层深度 速度 宽度

1、前言

一般矫直机工作辊都是细长比很大的轧辊,主要采用的材质有：60CrMo、60CrMoV、9Cr2Mo、GCr15等.在生产制造过程中出现高硬度要求的矫直辊回火稳定性差、磨削时硬度下降幅度较大、磨削后表面硬度不均匀等质量问题,为了提高矫直辊的回火稳定性,增加硬化层深度,减少矫直辊的在磨削时的硬度下降,决定通过试样淬火后剥层实验,找出不同淬火工艺与硬化层深度之间的关系,以便改进淬火工艺.

2、试验方案及内容

2.1试验材料：Φ68×500 圆棒锻件60CrMo、9Cr2Mo各4根.

2.2锻件球化退火处理.

2.3粗加工为Φ62×210.

2.4调质处理工艺：

60CrMo：淬火：850℃×1.5h 油冷 回火：650℃×2.5h 空冷

9Cr2Mo：淬火：880℃×1.5h 油冷 回火：680℃×2.5h 空冷

2.5半精加工：将调质好的工件加工成Φ50×200.

2.6淬火: 60CrMo、9Cr2Mo的试棒进行中频表面淬火,淬火目测温度900-920℃.

（1）淬火时采用不同的淬火移动速度,淬火后的硬度及经130℃回火后的硬度见表1、2.（感应器规格为Φ62×14）

表1：60CrMo不同淬火速度淬火回火硬度

表2：9Cr2Mo不同淬火速度淬火回火硬度

（2）淬火时采用不同宽度的感应器所得到淬火硬度及130℃回火后的硬 度见表3、表4：（淬火移动速度为2.3mm/s）

表3：60CrMo感应器宽度与硬度表 表4：9Cr2Mo感应器宽度与硬度表

从表中可以看出,用各种不同工艺淬火后所得到的相同淬火硬度HRC65-67,经130℃回火后60CrMo的硬度为HRC61-63,9Cr2Mo的硬度为HRC63-64.淬火后60CrMo和9Cr2Mo的硬度差不多,与采用的淬火工艺和材料没有太大的关系,经130℃回火后采用相同淬火工艺9Cr2Mo的硬度比60CrMo要高2个铬氏单位左右.

3、试验分析

3.1化学成份

3.2表面金相

试样经4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在光学显微镜下观察,表面金相组织为:回火隐晶马氏体+弥散分布的颗粒状碳化物+少量残余奥氏体.

3.3淬火硬化层深度检测

从回火试棒中间部位用线切割割一片Φ50×10进行硬度深度检测： 用铬氏硬度计逐点检测,硬度与深度的关系见图1、图2.

图1 9Cr2Mo不同工艺硬度与深度图

图2 60CrMo不同工艺硬度与深度图

从图中可以看出采用相同感应圈时,硬化层深度随感应圈移动速度增加而明显下降,采用快速淬火时,其表面硬化层硬度下降速度非常快,等硬度层很浅；其它淬火参数相同时,采用不同感应圈,随着感应圈宽度的增加硬化层深度明显加深.

4试验结果及生产应用

4.1矫直辊都是细长比很大的辊子,淬火时容易产生变形,为了减少变形量,对于淬火硬度要求不高,淬火深度要求小于3mm的矫直辊,可以采用较高的淬火移动速度（3.5mm/s以上）进行淬火,同时淬火时安装中心架来减少变形,淬火后产生的弯曲变形要及时进行校直.小的变形量,可以减少在随后的磨削时,由于不均匀的磨削量而造成硬度的不均匀.

4.2淬火后辊子表面都有一个等硬度层（最小有3mm,最大深5mm）,其硬度基本上不随深度而改变.一般矫直辊淬火前单边留余量0.6mm,淬火深度完全能满足磨削加工的余量要求,对于直径小,细长比特别大,淬火及冷加工时容易变形的矫直辊,淬火前的余量还可以适当加大.

4.3不同工艺淬火所得到的最高淬火回火硬度主要跟材料有关,跟所采用的感应圈宽度与感应圈移动速度基本没有关系.对于辊身硬度要求大于85HSD的矫直辊,建议采用9Cr2Mo或GCr15材料,因为若用60CrMo、6CrMoV,为了达到硬度要求,只能采用较低回火温度来达到硬度要求,这样得到的高硬度在磨削时对磨削工艺的要求比较高,磨削时容易造成硬度下降.只有经过一定高的回火温度充分回火后,才能使矫直辊的组织比较稳定,在随后的磨削时保持好的磨削性能.

4.4采用0.8mm/s、宽14mm的感应器淬火得到的硬化层深度与采用2.3mm/s、宽30mm的感应器淬火后得到的硬化层深度差不多,也说明中频表面淬火时在冷却能力能够达到淬火要求时,淬火后硬化层深度主要由加热层深度决定,采用慢速加热与采用宽感应圈加热所得到的效果基本一致.