鏈軌節(jié)的選材及熱處理工藝

■ 彭天成，張開華

鏈軌節(jié)是履帶式工程機(jī)械和軍工機(jī)械中履帶總成的關(guān)鍵性零件，其連接履帶板進(jìn)行傳動(dòng)，同時(shí)還作為支重輪前進(jìn)的軌道（見附圖）。鏈軌節(jié)的工作條件惡劣，不僅承受很大的交變載荷和沖擊載荷，與支重輪直接接觸的鏈軌節(jié)踏面還受到周期性的摩擦作用。因此，鏈軌節(jié)必須具有很好的強(qiáng)度，同時(shí)踏面還需具有良好的耐磨性，一般要求調(diào)質(zhì)表面硬度285～375HBW，心部調(diào)質(zhì)硬度≥285HBW，踏面硬度52～58HRC。

一、鏈軌節(jié)材料及生產(chǎn)工藝流程

根據(jù)其工作條件，鏈軌節(jié)材料必須具有很好的強(qiáng)度和較好韌性，一般選用中碳鋼。當(dāng)前國內(nèi)外鏈軌節(jié)的材料主要采用50、50Mn、40Mn2和35MnB等牌號(hào)，其中40Mn2和35MnB最為常用。

目前，鏈軌節(jié)一般采用熱模鍛方式生產(chǎn)，其生產(chǎn)工藝流程為：下料→鍛造→鍛后熱處理→雙面銑→踏面熱處理→粗鏜→精鏜、鉆孔→推螺母面→探傷→涂裝。

履帶零件分解圖

二、鏈軌節(jié)鍛后熱處理工藝

鍛后熱處理是決定鏈軌節(jié)綜合力學(xué)性能的關(guān)鍵工序，國內(nèi)廠家主要采用的熱處理工藝有兩種：一是常規(guī)調(diào)質(zhì)工藝，將鍛后冷卻的工件重新加熱到合適溫度，保溫一定時(shí)間后淬火；二是鍛造余熱淬火工藝。

1.鍛造余熱淬火的含義

鍛造余熱淬火是將坯料加熱到穩(wěn)定奧氏體區(qū)保持一段時(shí)間，在該狀態(tài)下鍛造成形，當(dāng)其溫度高于Ar3或Arcm～Ar1之間的某一溫度條件下，立即淬入適當(dāng)?shù)拇慊鹄鋮s介質(zhì)中，以獲得馬氏體組織的一種將鍛造與淬火結(jié)合在一起的綜合工藝方法，該工藝屬于高溫形變熱處理范疇。

2.鍛造余熱淬火的優(yōu)點(diǎn)

與常規(guī)調(diào)質(zhì)工藝相比，鍛造余熱淬火工藝更加節(jié)能、鍛件力學(xué)性能更優(yōu)，生產(chǎn)效率更高，是鏈軌節(jié)鍛后熱處理的發(fā)展趨勢。

（1）節(jié)約能源 省去了淬火重新加熱工序，每噸鍛件可節(jié)電約600kW·h。

（2）提高鍛件力學(xué)性能 提高了鍛件的強(qiáng)度、硬度，塑性和韌性與常規(guī)調(diào)質(zhì)熱處理相當(dāng)或稍高。

（3）簡化工藝流程、縮短生產(chǎn)周期、節(jié)約設(shè)備投資 鍛件鍛后直接淬火，簡化了工序，減少了工件周轉(zhuǎn)。

（4）改善勞動(dòng)場所環(huán)境 減少了鍛件熱量在車間的散發(fā)。

表1 不同工藝下的晶粒度及對(duì)性能的影響

表2 鍛后停留時(shí)間對(duì)晶粒度的影響

3.影響余熱淬火后力學(xué)性能的因素

雖然鍛造余熱淬火工藝具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是如果工藝參數(shù)制訂不合理，淬火后的金相組織和力學(xué)性能就達(dá)不到要求，余熱淬火不合格產(chǎn)品必須重新進(jìn)行常規(guī)調(diào)質(zhì)處理。影響鍛造余熱淬火工藝的主要參數(shù)有鍛造加熱溫度、始鍛溫度、形變量、淬火前的停留時(shí)間、余熱淬火溫度、淬火冷卻介質(zhì)及淬火后回火參數(shù)。

（1）鍛造加熱溫度和始鍛溫度 由于鍛造余熱淬火溫度比常規(guī)淬火溫度高，所以獲得的晶粒要比常規(guī)加熱淬火時(shí)粗大。但是，由于高溫形變淬火強(qiáng)化的作用，粗大晶粒并沒有降低鍛件的力學(xué)性能，例如表1中序號(hào)2工藝獲得的晶粒比常規(guī)調(diào)質(zhì)粗大，強(qiáng)度卻比常規(guī)調(diào)質(zhì)高，塑性和韌性與常規(guī)調(diào)質(zhì)相當(dāng)或稍高。當(dāng)然，如果奧氏體晶粒過分粗大，則會(huì)明顯弱化高溫形變的強(qiáng)化效果，如序號(hào)3工藝，所以鍛造加熱溫度應(yīng)在模鍛允許范圍內(nèi)取下限，以盡量減緩形變奧氏體晶體內(nèi)的缺陷在高溫下的再結(jié)晶和長大，防止由于晶粒粗大導(dǎo)致鋼的強(qiáng)韌性下降，同時(shí)還必須保證終鍛結(jié)束到淬火這段時(shí)間內(nèi)表面溫度不低于相變臨界點(diǎn)Ar3溫度，以免淬火產(chǎn)生非馬氏體組織。一般結(jié)構(gòu)鋼，鍛造加熱溫度在1200℃左右較適宜。

（2）形變量 高溫加熱時(shí)奧氏體晶粒尺寸已經(jīng)粗化，形變量較小易造成晶粒粗細(xì)不均勻，對(duì)強(qiáng)韌化效果沒有好處；但是，過大的形變量則會(huì)因?yàn)樾巫儫岬脑龈?，加快再結(jié)晶晶粒的長大，如表1所列，其他條件相同時(shí)，形變量為30%比19%獲得的晶粒度要高一個(gè)等級(jí)。一般形變量≥20%比較合適。

（3）鍛后停留時(shí)間 由于終鍛后的溫度仍高于奧氏體再結(jié)晶溫度，所以鍛后停留時(shí)間過長，鍛造過程中被擊碎的細(xì)小晶粒將成為新的晶核迅速長大并從奧氏體中析出鐵素體，使強(qiáng)韌性效果低于正常調(diào)質(zhì)狀態(tài)。通過比較表2中的數(shù)據(jù)可知，鍛后停留時(shí)間越短，晶粒越細(xì)小。工件在終鍛與淬火槽之間可采用鏈板進(jìn)行傳輸，并且傳輸速度必須可調(diào)，以適應(yīng)工藝參數(shù)的調(diào)整。

（4）鍛造余熱淬火溫度 通常鍛造余熱淬火溫度要高于常規(guī)淬火溫度，溫度較高時(shí)有利于提高鋼的淬透性，但對(duì)于一些開裂傾向大的鋼種則會(huì)加大開裂風(fēng)險(xiǎn)。鏈軌節(jié)余熱淬火溫度通常在900～950℃，若工件終鍛后低于此溫度，則需將鍛件置于加熱爐中加熱達(dá)到淬火溫度后再淬火。

（5）淬火冷卻介質(zhì) 某廠家鏈軌節(jié)余熱淬火采用的淬火冷卻介質(zhì)最先為快速淬火油，由于冷卻速度不夠，經(jīng)常出現(xiàn)硬度不足和金相組織不合格（有屈氏體產(chǎn)生）現(xiàn)象，造成了大量產(chǎn)品返工，后來改用PAG類水基淬火冷卻介質(zhì)，問題得到了解決。水基淬火冷卻介質(zhì)的冷卻能力介于水和油之間（見表3），通過調(diào)整其濃度可方便地調(diào)節(jié)其冷卻特性，并且不污染環(huán)境，無火災(zāi)隱患。

由表4中硬度分布與距離的關(guān)系可以看出，鍛造余熱淬火件采用水基淬火冷卻介質(zhì)與常規(guī)調(diào)質(zhì)采用清水淬火相比，其表面和心部硬度都有所提升，這是由于余熱淬火溫度較高提高了鋼的淬透性。

（6）淬火后回火 鍛造余熱淬火比常規(guī)加熱淬火具有更高的耐回火性，應(yīng)適當(dāng)延長回火時(shí)間；由于淬火后晶粒較粗，殘留奧氏體量增多，馬氏體相變產(chǎn)生更大的組織應(yīng)力，所以更應(yīng)該及時(shí)回火，淬火與回火間隔時(shí)間不宜超過0.5h，回火溫度通常為420～480℃。

表3 淬火冷卻介質(zhì)及其特性

表4 淬火硬度分布 （HRC）

三、踏面熱處理工藝和設(shè)備

1.踏面熱處理工藝

鏈軌節(jié)踏面經(jīng)雙面銑后必須進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，以提高接觸疲勞強(qiáng)度。該工序直接影響鏈軌節(jié)的使用壽命，強(qiáng)度太低容易磨損，硬化層太深容易導(dǎo)致鏈軌節(jié)斷裂。

由于鏈軌節(jié)選用的材料為中碳鋼，表面強(qiáng)化適合采用感應(yīng)熱處理方式，熱處理工藝為中頻感應(yīng)淬火+低溫回火。感應(yīng)加熱頻率根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求進(jìn)行選擇，一般淬火加熱頻率為3～8kHz；低溫回火可在回火爐中進(jìn)行，也可采用感應(yīng)加熱回火，以提高生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度，加熱頻率一般為1～2.5 kHz，感應(yīng)加熱溫度比爐中回火溫度適當(dāng)提高。

2.踏面熱處理設(shè)備

目前，鏈軌節(jié)踏面熱處理較先進(jìn)的設(shè)備為雙工位臥式中頻感應(yīng)淬火、回火生產(chǎn)線，該線可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料，通過鏈板將工件傳送到不同工位，氣動(dòng)夾緊、準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)加熱、淬火、回火全過程自動(dòng)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率可以達(dá)到30～50s/對(duì)。該設(shè)備還可以與前道工序雙面銑組成生產(chǎn)線。

四、結(jié)語

鏈軌節(jié)在履帶式機(jī)械中對(duì)履帶的傳動(dòng)過程起著非常重要的作用，它的選材和熱處理工藝至關(guān)重要。通過以上分析可知，鏈軌節(jié)鍛后采用鍛造余熱淬火工藝具有節(jié)能、提高力學(xué)性能、縮短生產(chǎn)周期等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)中工作人員可根據(jù)鍛件余熱淬火后力學(xué)性能的影響因素，通過多次試驗(yàn)來確定最佳的熱處理工藝參數(shù)。