感應(yīng)加熱淬火技術(shù)具有節(jié)能、清潔、效率高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)因?yàn)槠浼饨切?yīng)易使零件尖角部位過(guò)燒，一般應(yīng)用于結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)、截面變化小的零件的表面處理。刮板是煤礦采煤工作面的輸送設(shè)備——刮板輸送機(jī)的主要零件，是一種典型的截面不均勻的零件。刮板承擔(dān)著從工作面向轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)煤的任務(wù)，工作條件苛刻，在輸送煤的過(guò)程中，承受槽幫和煤塊矸石的磨損和鏈條拉伸的沖擊力作用，容易損壞。因此，對(duì)刮板的性能要求是：中斷具有良好的綜合機(jī)械性能，而斧頭具有一定耐磨性，一般熱處理工藝是調(diào)質(zhì)后再進(jìn)行斧頭淬火。本文作者研究了刮板的感應(yīng)透熱淬火技術(shù)，為不均勻截面零件的清潔高效熱處理探索了一種可靠的工藝方法。
1.試驗(yàn)零件的材料及方法
（1）材料
刮板材料為40Mn2，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表1，鍛造后經(jīng)850℃正火處理。
（2）試驗(yàn)及檢測(cè)設(shè)備
感應(yīng)加熱電源使用KGPS-350可控硅中頻電源，額定功率為350kW。自制仿形感應(yīng)器、淬火噴淋器和送料機(jī)構(gòu)。感應(yīng)器和刮板的形狀見(jiàn)圖 1，噴淋器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。當(dāng)送料機(jī)構(gòu)把刮板運(yùn)送到感應(yīng)線圈后開(kāi)始加熱（圖1），加熱完成后，送料機(jī)構(gòu)再把刮板送到噴淋器淬火（圖2），在噴淋器內(nèi)的淬火是分段淬火的，噴淋器相對(duì)于刮板的端頭和中段的內(nèi)腔是隔開(kāi)的，分別由兩個(gè)泵控制其流量及噴淋時(shí)間。
刮板的斧頭要求有高耐磨性，要求硬度≥HRC40。而中段則要求具有良好韌性和強(qiáng)度，在受到?jīng)_擊力的作用下不發(fā)生脆性脆斷裂，因此除了刮板加熱功率、加熱時(shí)間外，還要研究中段淬火冷卻時(shí)間。進(jìn)行壓彎試驗(yàn)，測(cè)試其撓度能否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)圖紙要求。
根據(jù)感應(yīng)加熱的特點(diǎn)和零件的性能要求，斧頭噴淋冷卻時(shí)統(tǒng)一，加熱頻率為2000Hz，主要研究的工藝參數(shù)為：輸出功率、加熱時(shí)間、噴淋時(shí)間（中間段），采用L9(33)正交試驗(yàn)法進(jìn)行感應(yīng)透熱熱處理試驗(yàn)。用手持式里氏硬度計(jì)檢測(cè)刮板斧頭硬度，使用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗彎試驗(yàn)，加載力560kN，要求撓度≤20mm。
2.試驗(yàn)結(jié)果
（1） 感應(yīng)透熱淬火正交試驗(yàn)和壓彎結(jié)果
刮板感應(yīng)透熱淬火正交試驗(yàn)因素水平、正交試驗(yàn)安排及結(jié)果如表2所列。
由表2的結(jié)果可知，影響刮板感應(yīng)透熱淬火后撓度的主次因素依次為：加熱功率>噴淋時(shí)間>加熱時(shí)間，優(yōu)化的工藝參數(shù)為A3B3C3或A2B3C3，但考慮撓度過(guò)小可能會(huì)造成刮板實(shí)際使用時(shí)受到?jīng)_擊力作用而斷裂，加熱時(shí)間又是影響因素最小的，為保證生產(chǎn)效率，實(shí)際生產(chǎn)的工藝參數(shù)確定為：加熱功率220kW、加熱時(shí)間270s、噴淋時(shí)間30s。
（2）斧頭硬度
刮板是整體透熱而分段淬火的，刮板整體的加熱功率和加熱時(shí)間參數(shù)同表1，每件刮板斧頭的冷卻時(shí)間都為150s，斧頭的硬度結(jié)果見(jiàn)表3。
從表3中可以看出，在表1的試驗(yàn)條件下，刮板斧頭的硬度都大于HRC40，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明感應(yīng)透熱時(shí)，斧頭的所有表面都達(dá)到了奧氏體化溫度，只是深度有所差別。經(jīng)噴淋淬火后，正火態(tài)的鐵素體組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，提高了表面硬度。
3.討論
感應(yīng)透熱深度和頻率及加熱時(shí)間有關(guān)，頻率越低，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，透熱深度就會(huì)越深。但是實(shí)際的硬化層深度不僅受到透熱深度的影響，同時(shí)受冷卻速度——即噴淋的水的冷卻能力的制約，因此合理的感應(yīng)透熱淬火參數(shù)應(yīng)兼顧加熱功率、加熱時(shí)間和噴淋時(shí)間。
刮板是一種典型的不等截面的零件，不同部位的截面尺寸相差較大加熱時(shí)電流會(huì)走捷徑，不同部位的加熱溫度有較大差別，不同部位表面溫度會(huì)超過(guò)100℃。但是只要零件的加熱溫度在奧氏體化溫度范圍內(nèi)而不過(guò)燒，那么對(duì)于這種零件來(lái)對(duì)，一定的加熱頻率和加熱時(shí)間保證了透熱深度，加上合理的分段冷卻時(shí)間，就能保證斧頭硬度和撓度達(dá)到使用要求，這樣才能在生產(chǎn)中具有實(shí)用性。本文的研究工作對(duì)于不等截面的零件高效來(lái)說(shuō)，具有較好的示范意義和實(shí)際推廣價(jià)值。
4.應(yīng)用效果
圖1所示刮板應(yīng)用整體感應(yīng)透熱淬火技術(shù)，斧頭硬度高，壓彎能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，從生產(chǎn)效率看，每270秒可生產(chǎn)一件，每班可生產(chǎn)80件。而調(diào)質(zhì)+斧頭淬火的傳統(tǒng)工藝而言，調(diào)質(zhì)使用240kW電爐加熱，淬火和回火都需6小時(shí)，每爐裝40件，同樣完成80件的生產(chǎn)要使用兩臺(tái)電爐共12小時(shí)。調(diào)質(zhì)完成后還需要調(diào)平和噴丸，再進(jìn)行斧頭淬火工序。因此，感應(yīng)透熱淬火技術(shù)比傳統(tǒng)工藝省去調(diào)質(zhì)和噴丸工序，而且每件刮板熱處理的質(zhì)量穩(wěn)定一致，不僅降低了生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率，而且提高了熱處理質(zhì)量。項(xiàng)目達(dá)到預(yù)期效果。
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