工程机械支重轮轴制作工艺创新

吴爱青 王刚 范宪勇

摘 要：我公司支重轮轴原先采用50Mn，利用先调质再中频的热处理方式，生产效率低，远远满足不了市场需求。我公司从支重轮轴材质及热处理方式等方面出发，开发出了新的轮轴材料45BM，掌握了直径≤50mm规格45BM轮轴的制作工艺，无需调质直接中频热处理即可。对45BM、50Mn轮轴的各项性能进行了分析对比，研究表明45BM轮轴综合性能优于50Mn。45BM在支重轮轴上的应用不仅大幅降低能源消耗，还能显著提高生产效率。

关键词：机械；轮轴；工艺

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.040

支重轮是履带式工程机械底盘件的关键零部件之一，它的主要作用是支撐主机重量。挖机在行走中轮体旋转，轴与内外盖与主机架联接，因此支重轮轴承受很大的压力，对强度等要求比较高。支重轮轴原先采用50Mn，利用先调质再中频的热处理方式。传统轮轴制作工艺生产效率较低，远远满足不了市场需求。我公司从轮轴材质及热处理方式等方面出发积极创新，开发出了新的轮轴材料45BM，掌握了直径≤50mm规格45BM轮轴的热处理工艺，无需调质直接中频热处理即可，不仅大幅降低能源消耗，还能显著提高生产效率，效益显著。本文主要针对45BM轮轴质量情况及控制要点进行介绍。

1 产品及工艺路线介绍

50Mn材质轮轴工艺路线为：下料、粗加工、调质、半精车、感应热处理、精加工、磨、成品。45BM材质轮轴，取消了调质工序，减少了调质工序的能源消耗，调高了生产效率。

2 45BM支重轮轴质量情况

为表征45BM轮轴的质量情况，我们与传统50Mn材质轮轴质量进行了详细对比。

（1）金相组织。图1a、1b是两者硬化层区域的金相组织，均为回火马氏体，从表面到心部马氏体递减。从图1c可以看出50Mn轮轴的芯部组织为F +P（类）组织，这主要是由50Mn材料淬透性不强导致。图1d为45BM钢芯部组织，由于没有进行调质仍然为F +P（类）组织。

（2）成品轴的压断性能对比。压断性能是支重轮轴的重要技术指标。图2为两种轴的压断数据。由此可以看出：两种轴最大压断力均满足图纸要求（337kN以上），且45BM轴高于50Mn轴；弯曲强度方面，45BM轴高于原有的50Mn轴；断点位移两者相当。

通过压断性能试验表明45BM轴的各项压断指标优于50Mn轴，且质量稳定。

3 45BM材料轮轴质量控制要点

根据支重轮轴的外形及材料特征，在热处理过程中需重点控制以下质量要点。

（1）合适的硬化层深度及芯部硬度。50Mn支重轮轴硬化层深要求为2-5mm，而45BM轮轴由于省略了调质工序，为保证强度，硬化层应相应加深，但是轮轴的两端有凹槽，硬化层过深容易导致裂纹。我公司经过多次工艺试验摸索出合理的硬化层深度为4-9mm。当硬化层深超过10，裂纹率大幅增长至3.2%，硬化层深控制到9mm以下，裂纹率<0.1%。芯部硬度需控制在HRC20-25，这样能使轮轴具备高硬度的表面以及强韧性的芯部，有效提高其承载能力和使用寿命。

（2）淬火后及时回火，并增加补充回火工序。由于支重轮轴的形状比较特殊，两端有凹槽，为避免出现裂纹，需及时回火并提高回火充分性及均匀性，我公司要求支重轮轴在中频感应回火之后增加补充回火工序。

（3）原材料控制。原材料的质量严重影响产品的质量稳定性，要求对每个炉号原材料进行入厂检测，包括化学成分、低倍、端淬、非金属夹杂等，确保原材料质量稳定。

4 总结

综上所述，我公司开发的45BM轮轴综合性能优于原50Mn轮轴，完全可以取代50Mn用于支重轮上。目前45BM轮轴已经在我公司投产产生效益，且市场反馈良好。我公司每年轮轴产量约10万件，可降本约20万元/年。45BM轮轴的应用不仅显著节能降耗，还能简化生产流程提高生产效率，取得了良好的综合效益。

作者简介：吴爱青（1986-），女，山东滨州人，硕士研究生，工程师，研究方向：金属材料热处理、热处理新材料、新工艺开发。