浅议油缸热处理质量控制

李保中

(西山煤电(集团)公司 矿用设备修造厂，山西 太原 030053)

矿用液压支柱材料一般采用薄壁管材，具有高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，其原材料一般采用27SiMn，其热处理工艺采用中频感应加热的方法，通过严格控制加热温度和冷却方法达到淬火目的，使工件表面获得具有高硬度的马氏体组织，而心部仍然保持韧性和塑性较好的原来组织，其具有工艺简单，工件畸变小，氧化脱碳少，生产率高，节能环保，可实现快速处理，工艺过程容易实现机械化和自动化等一系列优点。

西山煤电(集团)公司矿用设备修造厂液压支柱热处理工艺流程：上料机自动上料，将定尺后的原材料自动推入中频淬火感应炉，经3 min加热，达到一定温度后，自动推出淬火感应炉，直接送入喷淋校直机构，经快速旋转冷却校直后，自动推入中频感应回火炉进行加热回火，6 min后将处理过的原材料推入保温箱进行慢速降温至常温。

液压支柱材料调质处理分为感应淬火和回火两个过程。影响感应淬火的因素通常包括热参数和电参数两类，热参数主要为感应加热温度、加热时间及加热速度等；电参数有设备频率、比功率、阳极电压、槽路电压及栅极电流等。在实际感应加热过程中，通常采用调整电参数来合理控制热参数，以保证工件感应淬火的质量。下面以该厂矿用单体液压支柱油缸料为例分析热处理质量的控制。

油缸料调质处理的质量缺陷，会降低油缸的整体机械性能，增加镗削加工难度，降低液压支柱的使用寿命，给采矿工作带来一定的安全风险，所以提高材料调质质量极其重要。油缸的感应淬火由于加热速度快，时间短，加热温度难以控制，又是表面局部淬火，质量控制和稳定更为困难。油缸感应淬火常见的缺陷主要是硬度不足、软点、软带、硬度不均匀等。

1 油缸感应加热质量的控制

油缸料表面感应淬火，其加热质量对淬硬层深度及精度、淬硬层组织等有着重要影响。然而，影响感应加热质量的因素较为复杂，如感应加热设备、感应加热的电参数、感应器结构、加热温度以及操作技术等。

1) 感应加热设备的选择。应根据油缸图纸技术要求选择合适的感应加热设备。油缸原材料外径114 mm，内径95 mm，壁厚9.5 mm，料长1 050 mm。为保证淬硬区深度和长度，感应器长度应比工件分别长出4～6 mm，所以选择感应器长度不低于1 060 mm,实际炉体考虑到壳体及冷却管布置尺寸，选择炉体长度为1 200 mm；感应器与工件之间的，间隙越小，电效率越高，通常间隙低于5 mm，但考虑到淬硬深度以及缸料轨道的因素，单边间隙定为8 mm，所以，实际选择直径为130 mm；感应圈横截面选择圆环形，感应圈汇流排间隙一般选择1.5～3.0 mm，过大的间隙导致电损耗增大。

2) 频率的选择。电流频率是感应加热的主要工艺参数，电流频率可以通过计算确定。根据油缸料要求，淬硬层厚度为9.5 mm，直径为d114 mm，选择电流频率为1 000 Hz。

3) 比功率的选择。感应淬火时，只有设备的输出功率满足一定的加热速度，才能达到其目的。感应加热速度取决于零件被加热表面单位面积上的功率，即比功率(kW/cm2),比功率越大，其加热速度越快。通常比功率与淬硬层深度、加热面积及原始组织有关，即淬硬层较深、面积较大、原始组织较细，比功率可小些；反之应选择较大的比功率。根据所选电频率及硬层厚度参数，选择比功率为0.8 kW/cm2比较适宜。

4) 感应加热温度的选择。在设备、电参数、感应器均已确定时，根据油缸料使用要求选择表面淬火温度，这是一个重要参数。矿用单体液压支柱油缸要求的硬度值为HB260-290，在一定的加热速度下，调整合适温度可获得适当的硬度，以提高工件的耐磨性，获得硬度和韧性兼优的工件。对于27SiMn薄壁管材，淬火温度调为900℃±30℃，回火温度调至580℃±50℃可获得较好机械性能，能够获得合适的硬度要求。感应加热淬火和回火温度可通过调节电参数来控制。

5) 油缸原料的控制。将定尺油缸材料表面铁渣清除干净，否则铁屑落入感应器会击穿感应器或击伤工件。去除原料表面的毛刺，否则会碰伤感应器或啃坏不锈钢轨道，导致感应器与油缸料淬火间隙不均匀，影响油缸淬火质量。

6) 操作过程控制。 操作者每班工作前应用压缩气吹掉感应炉内铁屑，避免因铁屑落入感应炉绝热体缝隙，击穿感应圈或击伤油缸件。

2 感应热处理常见缺陷的控制

1) 加热不均匀。感应器轨道变形，油缸料与感应器间隙不均匀，使油缸受热不均匀，因此，应校正轨道后再加热。炉体内铁渣等残留物，黏结在炉膛内，改变感应器在油缸料上产生的交变感应电流分布，产生加热不均匀，所以，要经常清理炉体内残渣。

2) 硬度不足。在比功率、加热时间、感应器与油缸间隙调整固定的情况下，从加热完毕到油缸冷却的时间，是影响油缸硬度的重要因素，冷却时间过短，冷却过于剧烈，会产生淬火裂纹。喷淋水供给量不足或喷水压力小，冷却速度慢，导致淬火组织中出现托氏体等非马氏体。所以，操作者应经常检查冷却喷淋系统，观察水压和流量变化，清理喷淋孔隙，避免被堵塞，经常清理过滤装置，更换滤芯，保持冷却水畅通，压力稳定，保证油缸件能够得到快速冷却。

3) 淬火变形。感应淬火变形多数情况属于热应力型翘曲变形。为减小变形，在冷却时，使工件边冷却边旋转，并且加压力校直，可获得合适的直线度要求。所以，操作者要经常检查液压系统压力变化情况，压力变小，会导致校直辊压力不足，校直效果下降，工件变形大，无法后续加工；压力过大，校直过程振动太大，设备磨损严重，也会导致油缸件直线度公差偏大，操作者还要经常检查校直辊磨损情况，如果磨损超标或校直辊磨损不均匀，就需要更换或修理校直辊。

4) 软点和软带。产生软点往往是由于喷水孔堵塞或喷水孔太稀造成的。因此，要求水质要干净并定期清理喷水孔；喷水孔太稀，应重新设计和布置，适当增加或增大喷水孔。

3 感应淬火油缸的质量返修

感应淬火油缸允许返修的情况：硬度低或有大片软点；硬化层厚度不均匀；加热温度不足造成金相组织不合格等。返修油缸的处理可按下述方法进行：

1) 将返修油缸感应加热到700℃～750℃后在空气中冷透，然后按油缸淬火规范进行二次淬火。

2) 将返修件经炉内加热到550℃～600℃，保温60～90 min，然后在水中或空气中冷却，再按油缸淬火规范进行第二次淬火。

3) 缺陷油缸只能返修一次，多次反复淬火会导致氧化脱碳严重，降低材料机械性能。

4 结 语

生产矿用单体液压支柱的原材料除油缸外，活柱料也是27SiMn，同样可采用上述方法进行热处理和质量控制，只是它所要求的感应炉选型参数、硬度值、电参数和温度参数有所区别。希望为其他类似生产企业在热处理生产作业时提供借鉴。

参 考 文 献

[1]马伯龙.热处理质量控制应用技术[M].北京:机械工业出版社,2009：140-165.

[2]纪嘉明,苗润生.热处理设备实用技术[M].北京：机械工业出版社，2011：201-218.

[3]邵红红,吴 晶.热处理检验与质量控制[M].北京：机械工业出版社，2011：225-237.

[4]杨 满.热处理工艺参数手册[M].北京:机械工业出版社,2012：133-146.