凿岩机典型零件热处理工艺设计

1.20Cr钢制凿岩机缸体的热处理工艺设计

（1）凿岩机缸体的失效分析 凿岩机缸体工作时，主要承受活塞的往复冲击和滑动摩擦，因此，缸体主要是其内表面严重磨损而失效。不言而喻，缸体要求具有良好的耐磨性和一定的韧性和刚度。

（2）凿岩机缸体材料 凿岩机缸体通常用20Cr、20CrMo和ZG20CrMnMo钢制造。图6-1a所示缸体采用20Cr钢制造。

（3）热处理技术要求 渗碳层深度为1.2～1.5mm；表面硬度为58～63HRC；圆度≤0.2mm；渗层组织为回火马氏体＋碳化物。

（4）20Cr钢制缸体的制造工艺路线 毛坯锻造→正火→机械加工→渗碳淬火→清洗→回火→磨削→成品。

（5）热处理工艺设计

1）锻件正火：利用锻造余热控制在约900℃进行吹风冷却，硬度为150～200HBW。组织为索氏体＋铁素体，晶粒度≥5级。

2）气体渗碳：在RQ3-75-9型气体渗碳炉中滴入甲醇和煤油，于920～940℃，保温3～4h后降至890～910℃，保温2h后出炉缓冷，工艺曲线如图6-1b所示。

3）重新淬火：在同一型号渗碳炉中于790～810℃加热透烧后油中淬火。

4）清洗：在沸水中煮沸去油。

5）回火：在RJJ-36-6型井式电阻炉中于170～190℃，保温2h后空冷。

（6）处理结果 表面硬度为60～62HRC；渗碳层深度为1.2～1.4mm；Φ78mm和Φ82mm的椭圆度分别为0.16mm和0.2mm。

图6-1 20Cr钢制缸体及其热处理工艺曲线

a）凿岩机缸体 b）热处理工艺曲线

2.35CrMoV钢制凿岩机活塞的热处理工艺设计

（1）活塞的失效分析 活塞在工作过程中，其端头反复冲击钎杆或钎头，因接触疲劳极易剥落，或出现凹陷，或花键掉块；在反复强烈冲击下，有时在大、小圆过渡处断裂等不正常失效；正常失效为配合面磨损失效。

（2）活塞材料 凿岩机活塞用料有20CrMnMo、35CrMoV和含钒高碳钢等。图6-2a所示活塞采用35CrMoV钢制造，旨在提高其心部强度而克服端头凹陷和花键易崩齿现象，同时可以适当降低渗碳层深度。

（3）热处理技术要求 渗碳层深度为1.6～1.9mm；表面硬度为60～65HRC，心部硬度为≥50HRC；渗层组织为≤3级的马氏体＋粒状碳化物。

（4）35CrMoV钢活塞制造工艺路线 毛坯锻造→退火→机械加工→渗碳直接淬火→高温回火→二次淬火→清洗→回火→喷砂→磨削→成品。

（5）热处理工艺设计

1）锻件退火：在RX3-60-9箱式电阻炉中于840～860℃保温透烧后，随炉冷却到300℃以下出炉空冷。硬度为197～229HBW。

2）气体渗碳直接淬火：在RQ3-75-9型气体渗碳炉中850℃预渗碳1～2h，旨在预先形成细小的碳化物质点，为后续高温渗碳过程碳化物呈颗粒状分布奠定基础。通过900℃渗碳达到渗层深度要求，随后炉温降至适合直接淬火的860℃，均热后淬入油中冷却，工艺曲线如图6-2b所示。(www.xing528.com)

图6-2 35CrMoV钢制活塞及其热处理工艺曲线

a）凿岩机活塞 b）热处理工艺曲线

3）高温回火：在RX3-60-9箱型电阻炉中于600～650℃保温透烧后空冷，旨在使碳化物聚集成均匀的粒状，并彻底消除淬火应力，为二次淬火奠定基础。

4）二次淬火：在同一炉中850℃加热透烧，油冷淬火。

5）清洗：在清洗机中喷淋清洗。

6）回火：在RJJ-36-6型井式电阻炉中于180～200℃，保温1.5h后空冷。

（6）处理结果 同炉试样渗碳层深度为1.7～1.9mm；实物表面硬度为60～64HRC，同炉试样心部硬度为50～52HRC；渗层组织为隐针回火马氏体＋粒状碳化物。

3.钒钢制凿岩机活塞的热处理工艺设计

（1）钒钢的技术特性分析 加热时钢中含有难溶的碳化钒，使其过热敏感性大大降低，有效阻止奥氏体晶粒长大，从而使活塞具有良好韧性。此外，加热时未溶的碳化钒在冷却过程中起着结晶核心作用，使其淬火后获得较浅的硬化层，从而活塞表面层呈现较大的残留压应力，提高了活塞的疲劳强度。

（2）热处理技术要求

1）球化退火后硬度：≤197HBW；组织为球状珠光体（2～4级）；球化率为100％（允许有少量孤立存在的条杆状碳化物）；晶粒度≤5级。

2）淬火回火后硬度：表面硬度为60～64HRC，心部为38～42HRC。

3）硬化层深度：小头（见图6-2a）为2.5～4.0mm，花键槽底部及杆部为1.5～3.0mm（不允许有淬透情况），内、外表面应有均匀的硬化层。

4）金相组织：表面为隐针回火马氏体＋分布均匀的未溶碳化物；过渡区为回火马氏体＋托氏体＋未溶碳化物；心部为托氏体＋未溶碳化物。

（3）钒钢制活塞制造工艺路线：下料→大头镦锻→预先淬火→球化退火→机械加工→淬火回火→磨削→成品。

（4）热处理工艺设计

1）预淬火：在RQ3-75-9型气体渗碳炉中加少量煤油保护，900℃加热透烧后水冷淬火，旨在为退火后获得良好的球化效果。

2）球化退火：在RX3-60-9箱式电阻炉中于740～750℃加热，保温透烧（旨在奥氏体化并保留一定数量的未溶碳化物作为球化核心）后，炉温降至680～690℃保温5～6h（球化）后，随炉冷却到650℃空冷。

3）淬火：在RDM-70-13型盐浴炉中于720～730℃预热，保温透烧（旨在缩短在Ac₁以上的加热时间，获得较多的板条马氏体）后升温到780～800℃，再透烧后在质量分数为10％的NaCl水溶液中淬火冷却。

4）回火：在RJJ-36-6型井式电阻炉中于205～215℃，保温1.5h后空冷。

（5）处理结果 逐项质量检测，完全满足热处理的各项技术要求（从略）。