纺机锭杆热处理的新工艺

　　1.锭杆的加热方式

　　在采用一次感应穿透加热技术时，因GCr15轴承钢的原始组织要求在2～3级，它是由细小、均匀分布的球状珠光体组成的，它能适合于快速高温的感应加热工艺，当一次感应穿透加热时的加热速度越快，铁素体—渗碳体组织转变为奥氏体的温度就越高，即珠光体转变为奥氏体的温度范围也就越高，而形成的时间就越短，晶粒就越细，这对于锭杆来说是非常有利的，这可以提高锭杆的耐磨性和强韧性。

　　对于锭杆来说，采用一次感应穿透加热是有很大难度的，因为锭杆的外形为不同锥度的细长形杆件，其二个端头分别为60°和90°的锥形，它们的硬度和金相组织必须达到技术要求，特别是60°下锭尖的淬火硬度必须保证≥62HRC，这就需要设计一个特殊形状的感应器，而且每种规格的锭杆需要配备相应的感应器，对于尺寸相近的锭杆基本可以借用，为了与卧式淬火机床相配合，感应器和锭杆也必须卧式摆放的，要使整根不同锥度外形的锭杆能够加热均匀，又不能使二个锭尖在加热时出现的欠热或过热组织，这就需要感应器的形状与锭杆的外形基本上相近，所以感应器要做成轴类纵向加热感应方式，即可以调整纵向长度的一发法式感应器，整根锭杆还必须能够旋转，旋转的方式是靠二个V型顶尖通过变频电机带动，使其旋转速度在60～70r/min，电加热功率为100kW，频率20kHz，根据产品的技术要求调整相应的参数，在加热时温度的控制通过电流比率来达到，它的透入深度根据导磁率比电阻的大小来调整，在保证加热穿透的前提下，其加热温度为880～920℃，加热时间为10～12s/每根，每台设备每月产量可以达到15～18万件。整个生产线如图所示。它的操作程序是：操作者将锭杆摆放在步进式进料装置上，并自动送入U形槽中，由提升机构将锭杆上升到双V型顶尖位置，然后双V型顶尖夹紧，由丝杆导轨和伺服电机组成的传输装置将锭杆转移到感应器下面进行旋转感应穿透加热，然后由丝杆模组快速下降并将锭杆送入五工位淬火矫直机中的第一个工位中进行边淬火边矫直。

　　2.卧式自动淬火矫直机床

　　它是由五个工位的自动夹持淬火矫直机和淬火油槽及提升机构组成，该五个工位在工作时全部做圆周旋转运动，根据节拍做间隙性的旋转运转，每个工位由一组3个仿锭杆外形的滚动轧辊组合而成，五工位卧式自动滚动夹持淬火矫直机床的结构如图所示。

　　当锭杆进入轧辊后它的上轧辊作浮动压力旋转，轧辊上装有若干个（9个）仿形圆片，它们是活络的，并由压缩弹簧来控制压力大小，即调整锭杆的径向跳动量的大小，也就是矫直效果的好坏，下面二个轧辊为固定支撑的旋转辊，每个轧辊上也有若干个（9个）仿形园片和轧辊轴组成一体，该仿形园片是固定不能调整的，它们的外形同锭杆外形相吻合，仿形园片的每节外形尺寸和相应的锭杆外形尺寸相吻合，三个轧辊上的各个多节仿形园片相互交叉成整根锭杆的外形和长度，这些轧辊始终在不停地旋转，当第一个工位中进入锭杆时，上浮动压辊压牢锭杆并和下面二个固定旋转的轧辊一起迅速旋转入淬火油槽内，到了第二、第三个和第四个工位位置时仍在进行边淬火边矫直，进行相变超塑变处理，当到达第五个工位时，上浮动压力辊松开，锭杆滚落入到输送带提升机构中，此时第五个工位继续往上旋转复位到第一工位的位置，这样循环不断地运转进行生产，五个工位中有四个工位在进行滚动夹持淬火，仅第五个工位在迅速卸放锭杆时是空位的。

　　锭杆在机械旋转力的作用下，使之达到边淬火边矫直的目的，矫直后锭杆的径向跳动量≤0.15mm的比率能够达到≥90%的好效果。这个边淬火边矫直的过程实质就是在进行相变超塑变处理，对于具有均匀、细小分布的球状碳化物的GCr15高碳铬轴承钢制作的锭杆来说，在一次感应穿透加热时，能迅速达到奥氏体化的相变温度，它不需要进行保温，这样可以保持晶粒不长大，此时的晶粒是细小、均匀、等轴状的，在机械力的作用下，具有一定的弹性，锭杆的夹持滚动淬火是一种在奥氏体化的淬火温度逐渐下降到马氏体转变终点连续冷却转变过程中的形变热处理，属于连续形变淬火。它可以细化碳化物，因为碳化物只能在晶界和缺陷处形核，形核位置的先后顺利应该是：铁素体→奥氏体相界→晶界→小角度晶界接点→小角度晶界→个别位错。奥氏体的变形，特别是在析出碳化物的温度范围内变形，且变形度达到一定程度时，会在奥氏体晶粒内造成大量的小角度晶界和位错，因而碳化物的形核不仅在晶界上，而且在晶界内也会大量产生，所以生成的碳化物是细小、均匀、弥散的分布，断口呈现韧窝状，它起到了牵制锭杆畸变的作用，从而保证锭杆得到较小的畸变，使淬火硬度均匀，淬火应力很少，没有断损现象，可减少很多留磨量，从而提高了锭杆热处理的内在质量和产量。

　　3.淬火冷却介质的选择

　　对于用GCr15高碳铬轴承做的锭杆而言，因为感应穿透加热可以将锭杆的心部也淬硬，所以需要有一个理想的淬火冷却介质，特别是五工位卧式淬火机床，它的功能决定只能用油剂做淬火冷却介质，在众多的淬火介质中，应该根据工件和设备的特性选择绿色环保的，闪点和燃点较高，冷却能力强，高温冷速快，低温冷速较慢，既能将锭杆表面淬硬又能将锭杆心部也淬硬，还能较好地控制淬火畸变能力，锭杆淬火后易清洗，使用维护方便，热氧化安定性好，使用寿命长等特点，为此选择KR048G专用淬火油用于锭杆的淬火,该油的使用寿命可以达到八年以上。

　　4.锭杆的冷处理

　　为确保锭杆的耐磨性和尺寸稳定性能，长期以来在锭杆淬火后一直使用-80℃的冷处理工序，最后进行局部降低上锥硬度和整体去应力回火处理。冷处理的目的是控制一定数量的残留奥氏体。从测量结果看经冷处理的锭杆的残留奥氏量比没有经冷处理的残留奥氏体少，经过冷处理的锭杆在锭尖处的残留奥氏体量为9.85%，而没有经过冷处理的锭杆在锭尖处的残留奥氏含量为11.85%。残留奥体少可以提高锭尖的耐磨性，延长锭子的使用寿命，从生产实践中也反映了经过冷处理的锭杆其使用寿命较高。现在冷处理的设备是用液氮为原料来制冷比以前用高压力的压缩空气制冷或用F12和F22氟里昂制冷的效果好许多，且冷处理的工艺及设备很稳定，维护也方便许多。