论淬透性在底盘零件选材上的应用

孙叶，范广禄，毕永全

山推工程机械股份有限公司 山东济宁 272073

1 序言

工程机械是我国装备工业的重要组成部分，广泛应用于国防、交通、能源、水利、建筑、道路和城市建设等领域。底盘零件是工程机械的“脚”，重量及制造成本占到了工程机械的四分之一，其制造质量直接决定了工程机械的工作和行走性能。鉴于其需要担负的功能及恶劣的施工环境，底盘零件除需要具有较高的耐磨性以外，还要求其心部具有较好的韧性，可以承受一定的冲击。这就确定了底盘零件的热处理要求：有一定的硬化层，以具有较高耐磨性；心部较软，以保持一定的韧性。一般情况下，材料的硬度越高，耐磨性越好，故常将硬度值作为衡量材料耐磨性的重要指标之一。材料的含碳量，决定了材料的淬硬性，即材料处理后所能达到的最高硬度。淬透性[1，2]决定了材料热处理后硬化层的深浅，从而在一定程度上决定了工件的使用寿命。

为了满足矿山市场的需要，工程机械逐渐向重型化方向发展，底盘零件也随之向更大节距、更大尺寸发展，这就对原材料提出了更高的要求。如何选择原材料以保证产品的综合性能，成为当务之急。

本文选取了3种25CrMnB系列材料，C含量相当，Cr、Mn含量不同，通过化学成分测试、末端淬火试验对其DI值、淬透性曲线进行了研究，并加工成相同外形尺寸的履带板（厚25mm），如图1所示。热处理后对其硬度及强度等进行测试，进而分析淬透性曲线对工件性能的影响，并为工件选材提供指导。

图1 履带板示意

2 试验方案

通过DBLF光谱仪对3种材料进行化学成分测试，并计算出DI值，见表1（仅给出3种主要元素的含量对比）。然后，按照GB/T 225—2006钢淬透性的末端淬火试验方法进行端淬试验，用HR-45A表面洛氏硬度计进行硬度测试（从距离试样端部1.5mm处开始，每3mm测试一次）。后续将3种材料分别加工为履带板，热处理后用HR-45A表面洛氏硬度计进行表面和心部硬度测量，用WE-30液压式万能材料试验机进行拉伸性能试验。

表1 3种材料化学成分（质量分数） （%）

3 结果分析与讨论

（1）淬透性曲线 通过端淬试验，得出淬透性曲线，如图2所示。从图2可以看出，3种材料碳含量相近，淬硬性相当，因此可以达到的最高硬度相近。其区别在于半马氏体（45HRC）出现的位置，材料C在距离端淬头部10mm处，材料B在15mm处，材料A在20mm处。在距离端淬试样头部25mm处，材料A仍能到达43HRC，而材料B、C已降至35HRC以下。

图2 淬透性曲线

以25CrMnB钢为例，国家标准对于淬透性的要求，靠3点来衡量，见表2。以表2可以看出，国家标准对J1.5点要求较严格，即更为关注淬硬性，而对J13和J25要求较为宽泛。结合上述试验结果，根据国家标准，A、B、C3种材料在前2点（均满足J1.5、J13的要求）的表现差异不大，而实际淬透性曲线相差较多。针对尺寸较小的工件，3种材料热处理后可以达到的硬度均匀性并无大的区别，而针对尺寸较大的工件，材料A的优势就会显现出来，表面和心部硬度更为均匀，更为耐磨，使用寿命更长。换言之，如果仅根据国家标准的淬透性要求来了解、选择材料，特别是大尺寸工件的材料，是远远不够的。

表2 25CrMnB钢淬透性要求 （HRC）

（2）表面及心部硬度 如图3所示，热处理后，3种材料的表面硬度几乎一致（淬硬性一致），但是心部硬度变化较大。如果应用在小尺寸的工件上，3种材料差异不大，如果应用在较大尺寸工件上，材料C可获得的心部硬度较低，整体硬度均匀性较差，心部硬度变化趋势与淬透性曲线趋势一致。通过本组试验看出，淬透性曲线可以应用于工件表面硬度及心部硬度的预测。

图3 表面硬度及心部硬度

（3）强度 如图4所示，热处理后，材料A强度最高，材料B与C强度相当，强度的变化趋势与淬透性、硬度基本吻合。

图4 力学性能

4 结束语

1）国标中对于淬透性的阐述是通过3点来描述的，那么，这几点代表了什么意义？一般情况下，第1点确定材料热处理后可达到的最高硬度，即淬硬性；第2点确定半马氏体的出现，即淬透性曲线的拐点；第3点帮助确定淬透性曲线的走向。

2）正常情况下，淬透性末端淬火试验，适用于材料的淬透性检验，由于其选点较少，且多关注硬度的最高值，不适用于选材，尤其是大尺寸工件的选材。

3）淬透性曲线中，淬硬性可用于预测表面硬度，曲线变化趋势可用于预测心部硬度，特别是较大尺寸工件的心部硬度，可以帮助技术人员更好地了解不同材料硬度及强度的差异，因此可以更好地用作选材分析，为生产实践提供指导。