一种42CrMo4磨辊轴的双液淬火热处理方法

摘要

本发明公开一种42CrMo4磨辊轴的双液淬火热处理方法，该双液淬火热处理方法包括42CrMo4磨辊轴的放置方式、42CrMo4磨辊轴的加热、42CrMo4磨辊轴的降温、42CrMo4磨辊轴的双液淬火和42CrMo4磨辊轴的回火五个工艺步骤。本发明既解决了淬火后42CrMo4磨辊轴强度较低的问题，又解决了42CrMo4磨辊轴冲击韧性达不到技术要求的问题，并且避免了42CrMo4磨辊轴产生开裂变形的风险，保证了42CrMo4磨辊轴的综合机械性能，使42CrMo4磨辊轴各项性能指标都符合技术要求。

说明书

技术领域

本发明属于淬火热处理技术领域，尤其适用于具有不同轴径且轴径之差较大的一种42CrMo4磨辊轴的双液淬火热处理方法。

背景技术

大型立磨是生产水泥的新型原料粉磨制备装备，是我国水泥行业中的大型高效节能重大技术装备领域。由于立磨产品用于采矿的工作环境，其工作条件复杂，而作为传动系统中的磨辊轴，承受极大的负荷，因此要求的综合机械性能较高，因旋转带动磨盘等零件需要的强度及冲击韧性很高，其热处理工艺的制定及执行存在较大的技术难度，

具有不同轴径且轴径之差较大的磨辊轴的结构尺寸见图1，磨辊轴材料采用42CrMo4，热处理硬度要求HB205-250，机械性能要求如下：

σs(MPa)  σ_b(MPa)  δ5％  A_kDVM(J)

690-840   460       15     38

磨辊轴技术难点是重量大，不同轴径处的轴径之差较大，比如D1轴径尺寸达到Φ1650mm，D2轴径尺寸达到Φ870mm，D1-D2＝780mm，D1轴径近似等于两倍的D2轴径。按照通常采用的油冷却淬火工艺容易出现冷却不足而使性能达不到技术要求，这种油冷却淬火工艺大致如下：

A、刚入炉加热时以每小时小于60℃速度升温到350℃保温，然后以每小时小于60℃速度继续加热升温到650℃保温，在650℃保温后再以每小时小于80℃速度加热升温到淬火加热温度840～860℃保温；

B、840-860℃加热保温后准备淬火，淬火前，测定冷却介质油温在20～60℃并记录，如介质温度达不到工艺要求的温度，打开循环泵进行调整，入油冷却时间按20～25min/100mm(有效截面轴径尺寸)执行；

C、油冷却至磨辊轴表面温度在200℃以下后及时装炉回火，回火时，升温至350℃保温，然后以每小时小于60℃速度继续升温到回火加热温度550～570℃，回火保温后零件吊出炉子在静止的空气中冷却。

由于磨辊轴各轴径之差较大，若采用激烈的油冷却淬火工艺造成42CrMo4磨辊轴各轴径的截面处冷速不同而产生大的热应力和组织应力，从而产生开裂现象，降低磨辊轴的强度，其冲击值达不到技术要求，用户不予接受。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种42CrMo4磨辊轴的双液淬火热处理方法，该双液淬火热处理方法采用降低淬火温度及双液淬火处理方式，既保证了42CrMo4磨辊轴全部达到综合机械性能要求，又能够降低42CrMo4磨辊轴开裂或变形现象发生。

为实现上述发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

在阐述本发明技术方案之前，假定42CrMo4磨辊轴具有不同的轴径分别为D1、D2、…、Di，i为自然整数，并且D1＞D2＞…＞Di，由于42CrMo4磨辊轴不同轴径处呈台阶状，把轴径相对较大且该轴径较大处的轴长也相对较长之处的轴截面称之为42CrMo4磨辊轴的有效截面轴径尺寸，有效截面轴径尺寸单位按mm计。

所述的一种42CrMo4磨辊轴的双液淬火热处理方法包括有42CrMo4磨辊轴的放置方式、42CrMo4磨辊轴的加热、42CrMo4磨辊轴的降温、42CrMo4磨辊轴的双液淬火和42CrMo4磨辊轴的回火五个工艺步骤，五个工艺步骤分述如下：

①42CrMo4磨辊轴的放置方式

将42CrMo4磨辊轴放置在平整的淬火料盘上，42CrMo4磨辊轴的最大轴径端与最小轴径端按轴线要支垫成同一水平面，以避免42CrMo4磨辊轴加热时产生变形趋势；

②42CrMo4磨辊轴的加热

先对加热炉升温至不大于300℃时将支垫好的42CrMo4磨辊轴连同淬火料盘一起放入加热炉内加热，加热速度控制在小于60℃/每小时至350℃时保温2小时，然后以小于60℃/每小时的加热速度继续升温至650℃时保温4小时，最后以小于80℃/每小时的加热速度升温至双液淬火前42CrMo4磨辊轴处于奥氏体化时的840～860℃保温一段时间，所述的保温一段时间按[有效截面轴径尺寸×(40～50)分钟/100mm]来计算并控制；

③42CrMo4磨辊轴的降温

对双液淬火前的42CrMo4磨辊轴采取降温处理，待仍旧保持奥氏体化的42CrMo4磨辊轴表面温度降至800～820℃时保温1.5小时后以做好双液淬火前的准备工作；

④42CrMo4磨辊轴的双液淬火

双液淬火包含水淬火和油淬火，双液淬火处理前应先测定冷却介质的水温和油温，水温控制在20～35℃，油温控制在20～60℃；

将降温至800～820℃时的42CrMo4磨辊轴先吊出加热炉后在室温中预冷8分钟，再行水淬火冷却，在20～35℃的水温内水淬火冷却，水淬火冷却时间按[有效截面轴径尺寸×(1～1.5)分钟/100mm]来计算并控制；

当水淬火冷却时间到后即刻吊出42CrMo4磨辊轴再进行油淬火冷却，在20～60℃的油温内油淬火冷却，油淬火冷却时间按[有效截面轴径尺寸×(20～25)分钟/100mm]来计算并控制，油淬火冷却时间到后即刻吊出42CrMo4磨辊轴；

⑤42CrMo4磨辊轴的回火

将油淬火冷却的42CrMo4磨辊轴及时装入不大于300℃的加热炉中进行回火处理，当回火温度升至350℃保温2小时，然后以小于每60℃/小时的加热速度继续升温到630±10℃时保温，此时的保温时间按[有效截面轴径尺寸×(2～2.3)小时/100mm]来计算并控制，保温时间到后将42CrMo4磨辊轴从加热炉中取出并放在无风的室温中自然冷却即可。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1、本发明的技术方案只针对水泥行业大型立磨设备上的42CrMo4磨辊轴，并且该42CrMo4磨辊轴具有较大的轴截面直径差。

2、通过本发明的技术方案既解决了淬火后42CrMo4磨辊轴强度较低的问题，又解决了42CrMo4磨辊轴冲击韧性达不到技术要求的问题，并且避免了42CrMo4磨辊轴产生开裂变形的风险，保证了42CrMo4磨辊轴的综合机械性能，使42CrMo4磨辊轴各项性能指标都符合技术要求。

附图说明：

图1是42CrMo4磨辊轴的结构示意图。

具体实施方式

本发明的双液淬火热处理方法适用于水泥行业的大型立磨设备磨辊轴上，磨辊轴的材料采用42CrMo4且磨辊轴具有不同的轴径。

结合图1，D1＞D2＞D3＞D4，假定42CrMo4磨辊轴的D1＝1650mm，D2＝870mm，D3＝690mm，D4＝580mm，由于D1-D2＝780mm或D2-D4＝250mm，所以图1显示的42CrMo4磨辊轴既是台阶状工件又是大轴径截面工件且轴截面直径差大。虽然D1处的轴径尺寸最大，但D1处的轴长尺寸较短且属于非工作面，故把D2处的轴径尺寸称之为该42CrMo4磨辊轴的有效截面轴径尺寸。

先将42CrMo4磨辊轴放置在平整的淬火料盘上，42CrMo4磨辊轴的大轴径端D1处与小轴径端D4处按轴线要支垫成一同水平面，以避免42CrMo4磨辊轴加热时产生变形趋势。

先对加热炉升温至不大于300℃时将支垫好的42CrMo4磨辊轴连同淬火料盘一起放入加热炉内加热，加热速度控制在小于60℃/每小时至350℃时保温2小时，然后以小于60℃/每小时的加热速度继续升温至650℃时保温4小时，最后以小于80℃/每小时的加热速度升温至双液淬火前42CrMo4磨辊轴处于奥氏体化时的840～860℃保温6小时，所述保温6小时按[D2处轴径870mm×(40～50)分钟/100mm]＝(348～435)分钟＝(5.667～7.25)小时来计算，因此所述保温6小时的选择属于所计算(5.667～7.25)小时的控制范围之内。

对双液淬火前的42CrMo4磨辊轴采取降温处理，待仍旧保持奥氏体化的42CrMo4磨辊轴表面温度降至800～820℃时保温1.5小时后以做好双液淬火前的准备工作。

双液淬火包含水淬火和油淬火，双液淬火处理前应先测定冷却介质的水温和油温，水温控制在20～35℃，油温控制在20～60℃。

将降温至800～820℃时的42CrMo4磨辊轴先吊出加热炉后在室温中预冷8分钟，再行水淬火冷却，在20～35℃的水温内水淬火冷却9分钟，此时的水淬火冷却时间9分钟按[D2处轴径870mm×(1～1.5)分钟/100mm]＝(8.7～13.05)分钟来计算，因此此时的水淬火冷却时间9分钟的选择属于(8.7～13.05)分钟的控制范围之内。

当水淬火冷却时间到后即刻吊出42CrMo4磨辊轴再进行油淬火冷却，在20～60℃的油温内油淬火冷却180分钟，此时的油淬火冷却时间180分钟按[D2处轴径870mm×(20～25)分钟/100mm]＝(174～217.5)分钟来计算，因此此时的油淬火冷却时间180分钟的选择属于(174～217.5)分钟的控制范围之内。油淬火冷却时间到后即刻吊出42CrMo4磨辊轴

将油淬火冷却的42CrMo4磨辊轴及时装入不大于300℃的加热炉中进行回火处理，当回火温度升至350℃保温2小时，然后以小于每60℃/小时的加热速度继续升温到630±10℃时保温18小时，此时的保温18小时按[D2处轴径870mm×(2～2.3)小时/100mm]＝(17.4～21.75)小时来计算，因此此时的保温18小时的选择属于(17.4～21.75)小时的范围之内。保温时间到后将42CrMo4磨辊轴从加热炉中取出并放在无风的室温中自然冷却即可。

同批编号的42CrMo4磨辊轴经双液淬火热处理后的综合机械性能参数如下(仅供参考)：

零件编号    σs(MPa)   σ_b(MPa)   δ5％   A_kDVM(J)

209-48      660        780        15.5    47

209-53      585        700        23      67.5

209-54      585        715        21      56.5

209-55      610        700        22.5    80

209-56      600        760        22.5    68

209-57      580        750        21.5    61

209-58      560        715        19.5    90

209-59      575        725        21      72

209-60      585        740        20      100

上述综合机械性能的测定与42CrMo4磨辊轴的设计技术要求相比：

σs(MPa)    σ_b(MPa)   δ5％    A_kDVM(J)

690～840    460        15       38

通过比较可以看出：

根据本发明的双液淬火热处理方法，上述各零件编号的42CrMo4磨辊轴各项机械性能全部符合42CrMo4磨辊轴的设计技术要求。

再次重申：本发明的双液淬火热处理方法只针对42CrMo4磨辊轴具有不同的轴径且不同轴径处的轴径之差较大而言。