中频感应淬火工艺参数对渗碳泵筒基体硬度的影响

李红莉，孙 博

（1.陕西工业职业技术学院，陕西 咸阳 712000；2.中航工业西安航空发动机（集团）有限公司，陕西 西安 710021）

抽油泵筒是抽油泵中重要且难以加工的零件之一。抽油泵筒与表面硬化的柱塞组成一对摩擦副，要保证柱塞转动和往复运动无阻卡、磨损均匀，更好地适应深抽，抽油泵筒应有足够的强度、刚度和疲劳强度，其内表面还要有高的耐磨性。为了满足以上性能要求，对抽油泵筒实施了渗碳、中频淬火+低温回火的热处理工艺。通过多次实验方法，找到了适合基体硬度的渗碳后中频淬火的工艺参数。

1 泵筒加工工艺

1.1 泵筒要求用材料

D57泵化学成分为0.173％C、0.250％Si、1.320％Mn、0.0120％P、0.07％S，其工艺流程为：渗碳—粗珩—中频感应淬火+回火—精珩。

1.2 泵筒的技术要求

GB/T18607-2001《抽油泵及其组件规范》中对抽油泵筒内孔渗碳或碳氮共渗层厚度、硬度及其基体硬度的要求，表面渗层厚度≥0.025mm；表面硬度58～66HRC；心部硬度207～240HB。

1.3 热处理工艺说明

根据泵筒的技术要求，对于D57泵筒材料如果进行淬火+低温回火，表面硬度太低（≤55HRC），达不到标准要求；如果对泵筒渗碳后进行完全淬火+低温回火，表面硬度可以达到要求，但是基体硬度高达～44HRC（相当于424HBS），显然，基体硬度和标准中要求的不符。

因此，为了满足泵筒内、外表面及基体硬度要求，在渗碳的基础上拟对泵筒进行中频感应淬火+低温回火。

2 实验方法

2.1 泵筒实验条件

泵筒所用材料的AC1=735℃左右，AC3=854℃左右。

感应淬火设备：淬火机采用磨擦轮磨擦传动进给工件，中频频率4000Hz，额定功率100kW。

2.2 中频感应淬火工艺中涉及的时间

图1 设备工件工装布置简图

式中：x1为感应圈右端面到外喷淋器左端面的距离；x2为外喷淋器左端面到工件外表面第一喷淋点距离；y1为感应圈右端面到内喷淋器左端面的距离；y2为内喷淋器左端面到工件内表面第一喷淋点距离。

t3是一个重要的工艺参数，对淬火表面质量有较大影响。x2、y2由与工件规格相对应的内外喷淋器的结构决定，在工件进给速度不变的情况下，调整x1、y1可以得到不同的内外喷淋的时间差t3。

3 实验结果与分析

（1）加热温度（温度在AC1～AC3之间）对基体硬度的影响及原因分析：

实验数据列表1（实验中除加热温度改变以外，其它参数（如Y1）均相同）：

表1 加热温度-基体硬度、内表面硬度的变化

由表1以看出，其它参数不变的情况下，在AC1～AC3之间温度范围内，随着加热温度升高，中频淬火后泵筒基体硬度逐渐增大。因为在该温度范围内，组织为奥氏体和未溶铁素体，且随着温度的升高，未溶铁素体的量逐渐减少，在随后的冷却过程中，得到低碳马氏体或托氏体或索氏体与铁素体的混合组织，未溶铁素体的量愈少，硬度愈高。

（2）内外喷淋时间差t3对泵筒基体硬度的影响及原因分析：

表2 t3对基体硬度、内表面硬度的影响

由表2知，在加热温度一定的情况下，内外喷淋时间差t3对基体硬度的影响，随着y1的增大，即t3的增大，冷却时在空气中停留的时间越长，基体的冷却速度越慢，过冷度越小，得到珠光体的机率越大，珠光体的片间距越宽，相界面越少，硬度越低。

4 结论

由于泵筒渗碳后中频感应淬火属于透热加热。从以上实验及分析可知，泵筒表面和心部得到不同程度的强化及合理的硬度梯度，能充分发挥材料的强韧性潜力，使表面和心部的强度和韧性有良好的配合。本工艺采用低碳钢表面渗碳后中频感应淬火，可使泵筒表面有高的强度、硬度、耐磨性，心部具有高的韧性，能够满足泵筒的技术要求。

［1］李红莉，陈庚，李增良.渗碳泵筒精珩余量的确定［J］.热加工工艺，2007，（14）.

［2］胡志中.钢及其热处理曲线手册［M］.北京：国防工业出版社，1986.