ZG42Cr Mo大齿轮正火、回火工艺参数与力学性能探讨

中国有色（沈阳）冶金机械有限公司铸造分公司 （辽宁 110027） 隋显常 刘红枫

溢流型球磨机是我公司出口吉尔吉斯斯坦的产品。其中大齿轮材质为ZG42Cr Mo，规格为m＝25、z＝242，尺寸为φ6152mm×600mm，净重22t，要求调质处理，齿面硬度228～269HBW。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。近两年来，外委调质的齿轮，存在变形、齿面硬度偏高且分布不均匀等问题，致使铣齿加工困难，增加成本，生产周期加长，拖延交货期，给公司的信誉造成了不良的影响。

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，无需外委。通过进行试块的工艺试验，确定正火、回火工艺参数，并进行工艺评审，再确定大齿轮试验工件的工艺参数。

1. 试样的铸造与一次正火

我公司承制的ZG42Cr Mo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，试样与工件同炉钢液浇注，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GB7233－1987、III级标准，进行超声波无损检测，完全符合标准。

表1 ZG42CrMo化学成分（质量分数） （%）

表2 试样化学成分（质量分数） （%）

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，使断面收缩率和伸长率没有数值。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。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，制订二次正火、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。

图1

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现出屈服强度。但抗拉强度和硬度与一次正火时相比，都有明显提高。齿顶（距外表面18mm）硬度99%在228HBW以上，节圆（距外表面43mm）硬度66%在228HBW以上，齿底硬度（距外表面75mm）66%在228HBW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，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，使表面粗糙度达到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。

（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。

图2

表3 二次正火、回火复检表层硬度 （HBW）

表4 二次正火、回火复检力学性能

（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，有效地防止了因在调质时出现的硬度不均，以及在使用时易出现点蚀的现象。

（3）采用正火、回火工艺，有效地控制了大齿轮调质处理后的变形，解决了校形难问题。

（4）正火、回火工艺的实施，操作简便，不需专用的大油槽，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。