螺母柱是長江三峽水利樞紐升船機(jī)安全保證系統(tǒng)的主要構(gòu)件，用于在承船廂超載的情況下向塔柱傳遞事故載荷。整體鑄造，其加工尺寸和重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)產(chǎn)品，技術(shù)要求較高，因此熱處理過程控制有較大的難度。為此我們將通過工藝研究、試生產(chǎn)，結(jié)合我們企業(yè)的生產(chǎn)、工藝技術(shù)、設(shè)備條件，制定螺母柱熱處理工藝技術(shù)方案。并不斷優(yōu)化工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，配合公司完成三峽升船機(jī)項(xiàng)目。
1.工件簡介及待解決的問題
材料G35CrNiMo6-6+QT1, 尺寸4980mm×2112mm×589mm，技術(shù)要求σs≥650MPa，σb≥800MPa，δ≥12%，AKV≥30J，螺紋面的硬度為230～300HBW。
（1）三峽螺母柱作為重點(diǎn)開發(fā)產(chǎn)品，因?yàn)槠涑叽巛^大、形狀較為特殊，故需制作專用工裝，實(shí)現(xiàn)其加熱冷卻過程。
（2）因螺母柱所用材料為新開發(fā)的材料，根據(jù)其技術(shù)要求，需要制定熱處理工藝技術(shù)方案，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上完成工藝參數(shù)的固化。
（3）由于螺母柱的特殊形狀，在加熱、冷卻中會發(fā)生較大的變形，如何利用工裝與工藝過程控制變形則成為要解決的重點(diǎn)問題之一。變形控制在加工余量范圍內(nèi)，盡量控制在≤15mm。
2.熱處理工藝分析
根據(jù)螺母柱的材料、外型尺寸、熱處理技術(shù)要求等，熱處理過程重點(diǎn)要解決變形和整體綜合質(zhì)量的控制，具體工藝分析如下：
（1）因該產(chǎn)品為鑄鋼件，零件的組織不均勻和成分偏析易于產(chǎn)生，為滿足零件調(diào)質(zhì)處理后的綜合力學(xué)性能，在調(diào)質(zhì)前增加一道正火工序，其目的是進(jìn)一步改善鑄件中的粗大組織，使之進(jìn)一步細(xì)化，并消除由于截面尺寸不同在結(jié)晶過程中產(chǎn)生的顯微組織的不均勻性。
（2）因零件尺寸過大（4980mm×2112mm×589mm），外形特殊，且主要工作面不對稱，加工應(yīng)力較大，熱處理加熱和冷卻過程也容易變形，因此要對熱處理前的加工余量進(jìn)行控制。
（3）為保證零件熱處理的加熱和冷卻效果，采取水平放置或側(cè)立放置方式（見圖1）進(jìn)行加熱及冷卻。
（a）平放
（b）立放
圖 1
（4）由于零件調(diào)質(zhì)前工藝余量加大，為保證零件的最終質(zhì)量要求，適當(dāng)提高調(diào)質(zhì)后的硬度值，并進(jìn)行縱向和橫向的檢測，滿足硬度均勻性的要求。
（5）為控制最終精加工后的零件變形，在調(diào)質(zhì)半精加工后進(jìn)行消除應(yīng)力處理，消除加工應(yīng)力。
3.熱處理工藝措施
（1）熱處理前需提供零件圖樣、材質(zhì)單、超聲波探傷報(bào)告、冷加工工藝及隨爐試塊等，并對標(biāo)識核對檢查。
（2）來熱處理前的加工余量為：各端面留取余量15mm。
（3）外觀要求：各端面及螺紋頂圓弧角≥R5mm，臺階根部圓弧角≥R10mm。零件表面不得有裂紋、鑄造缺陷、黑皮（如個別處不足余量要求，必須打磨見光）等等不可見缺陷或表面磁粉探傷檢查合格，減少應(yīng)力集中。
（4）按照標(biāo)準(zhǔn)要求提供的同爐試塊，試制期每件帶兩塊；要求試塊熱處理前進(jìn)行粗加工，端面圓弧角≥R5mm；兩種試塊隨零件進(jìn)行處理。
（5）工件放置：采取水平裝爐時（見圖2）正火時螺紋面朝上，調(diào)質(zhì)時螺紋面朝下，采取墊鐵支墊2～5點(diǎn)，淬火時無需專用工裝；采取側(cè)立裝爐（見圖3）制作專用墊鐵及穩(wěn)固裝置，生產(chǎn)過程操作難度較大，側(cè)立裝爐調(diào)質(zhì)前加工時應(yīng)保留下鑄塊。
圖2 水平放置示意
圖3 立裝放置示意
（6）為減少熱處理過程的變形和應(yīng)力集中，確保零件的綜合機(jī)械性能，熱處理過程控制入爐溫度、加熱溫度、保溫時間、冷卻時間（工件出油溫度150～200℃）和淬火油溫（40～80℃）等。
（7）消除應(yīng)力的溫度比調(diào)質(zhì)回火溫度低20～30℃，保證加工應(yīng)力的充分釋放。
4.對于螺母柱變形采取的措施
根據(jù)加工情況對熱處理各工序的生產(chǎn)變形情況進(jìn)行測量，調(diào)整平裝和立裝的方式。
（1）對于背部不開槽的螺母柱采用平裝的入爐方式，根據(jù)變形量在下一道工序中進(jìn)行熱校正，將變形控制在余量范圍內(nèi)。
（2）對于背部開條形槽的螺母柱退火時采用平裝，正火時采用立裝。當(dāng)變形較大時，為保險(xiǎn)起見調(diào)質(zhì)工序采取平裝入爐，過程中進(jìn)行校正；當(dāng)變形較小時，直接立裝調(diào)質(zhì)。
5.結(jié)語
通過現(xiàn)場跟蹤測量，調(diào)整平裝、立裝相結(jié)合的方式，使變形得到有效控制。在保證質(zhì)量的前提下，節(jié)約成本縮短工期。共對幾十件件螺母柱進(jìn)行了熱處理，皆取得了成功，完全滿足技術(shù)要求，合格率為100%。可以看出螺母柱的工藝參數(shù)完全滿足其技術(shù)要求，且硬度均勻性較好。
作者：牛十月、楊華、王凱軍、陳引平、繆海舟
單位：太原重工熱處理分公司
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