溢流型球磨机大齿轮材质为ZG42CrMo，规格为m＝25、Z＝242，尺寸为Φ6152mm×600mm，净重22000kg，要求调质处理，齿面硬度229～269HBW。由于我公司无大型的淬火油槽，对大齿轮的调质处理无法实施，只能外委其他厂矿。近两年来，外委调质的齿轮，不但变形、齿面硬度也偏高、分布不均匀，致使铣齿加工困难，增加成本，生产周期加长，拖延交货期，给公司的信誉造成不良的影响。

为解决上述问题，铸造分厂提出：大齿轮粗车后，采用正火、回火代替调质工序，使齿面硬度达到228～269HBW，无须外委。通过进行试块的工艺试验，确定正火、回火工艺参数，再根据试验后的工艺参数，进行工艺评审，再确定大齿轮实验工件的工艺参数。

 

1.试样的铸造与一次正火

 

我公司承制的ZG42CrMo大齿轮化学成分见表1（JB/T6402-2006），为了模拟大齿轮的实际冷却情况，根据大齿轮的齿长和齿厚，设计试样尺寸为600mm×300mm×200mm。通过对试样的铸造与一次正火，试样与工件同炉钢水浇注，化学成分见表2。采用正火处理代替铸后退火，可细化组织，缩短生产周期。将正火后的试样各面加工到Ra=6.3μm，按照GB7233-87、III级标准，进行超声波探伤检测，完全符合标准。

          表1  ZG42CrMo化学成分（质量分数）        （%）

C	Mn	Si	P	S	Cr	Mo
0.38～0.45	0.60～1.00	0.30～0.60	0.035	0.035	0.80～1.20	0.20～0.30

表2   试样化学成分（质量分数）       （%）

C	Mn	Si	P	S	Cr	Mo
0.41	0.76	0.48	0.028	0.016	0.88	0.22

但从一次正火工艺曲线及硬度检测、小试样截取及力学性能检测等多方数据分析，一次正火代替铸后退火工艺，由于拉伸试样断口存在铸造缺陷，使断面收缩率和延伸率没有数值。从强度指标和硬度来看，用一次正火代替铸后退火是可行的，但硬度未达到技术要求228～269HBW。因此，一次正火只能作为预备热处理，不能作为最终热处理。

 

2.二次正火、回火试验

 

取2#试块进行二次正火、回火试验，制定二次正火、回火工艺参数，在热处理车间H45炉进行试验，工艺曲线如图1所示。

经过二次正火、回火后，由于拉伸试样中存在铸造缺陷，因此在拉伸过程中没有显像出屈服强度。但抗拉强度和硬度与一次正火的相比，都有明显提高。齿顶（距外表面18mm）硬度99%在221HBW以上，节圆（距外表面43mm）硬度66%在221HBW以上，齿底硬度（距外表面75mm）66%在221HBW以上。从拉伸棒上检测的硬度分析，77%的硬度在228HBW以上，基本达到了技术要求。

为了确定合理的工艺参数和消除铸造缺陷的不良影响，进行二次正火、回火试验的复检试验。

 

3.二次正火、回火试验的复检试验

 

用3#试样（一次正火），选用二次正火、回火的工艺参数，进行复检试验。

 

（1）硬度检测

 

一次正火试块经过二次正火、回火复检试验后，用砂轮将表层氧化皮打磨掉后，使表面光洁度达到Ra=6.3μm，采用锤击硬度法，进行硬度检测，检测部位如图2所示。检测结果见表3。

表3  二次正火、回火复检表层硬度

工艺方法	1	2	3	4	5	6	7
二次正火补	257	257	257	240	257	257	257

 

（2）力学性能检测

 

按图2截取力学性能试样，经加工后，进行力学性能检测，剩余试样保留，结果见表4。          

表4  二次正火、回火复检力学性能

工艺	序号	σS	σb	δ	ψ	硬度HBW
二次正火复检	1	575	795	17.5	46.0	248
	2	570	785	15.5	33.0	248
	A	580	795	15.5	48.0	248
	B	570	800	17.0	36.0	248
注：1、2为外层，A、B为内层；1、A为外层。

图  2

 

（3）分析

 

 

从二次正火、回火复检试验的试样力学性能和表层硬度综合分析，与ZG42CrMo正火态力学性能标准（JB/T6402-2006）进行比较，强度和塑性明显高于标准，已经达到了ZG42CrMo调质态力学性能标准（JB/T6402-2006）要求，满足了技术要求齿面硬度228～269HBW，证明了采用二次正火、回火完全可以代替调质工序。

 

 

4.结语

 

（1）采用正火、回火工艺，减少了对开大齿轮齿顶、齿侧的硬度差，且齿面硬度分布均匀，提高了齿形加工的效率，缩短了生产周期，节约能源，降低成本。

（2）采用正火、回火工艺，有效的防止了因在调质时出现的硬度不均，在使用时易出现点蚀的现象。

（3）采用正火、回火工艺，有效地控制了对开大齿轮经调质处理后的变形，解决了校型难的问题。

（4）正火、回火工艺的实施、操作简便，不需要专用的大油槽。只要有台车式的加热炉，即可实现，节约能源，减少污染，易推广。