1.7　工程機械零件的熱處理工藝與規范

1.7.1　破碎機顎板熱處理工藝與規范

1.7.1.1　破碎機顎板的工作條件和性能要求

顎式破碎機是冶金、礦山、發電、建材、陶瓷、筑路等行業廣泛應用的破碎機械，用于將開采的原礦石破碎成適于運輸、使用和粉磨的物料等，滿足生產需要。其工作條件惡劣，受力情況復雜，在工作過程中承受較大的沖擊、擠壓、剪切以及接觸疲勞的作用，應具有良好的耐磨性和一定的韌性，而顎板是主要的易磨損件，消耗量極大。其工作原理如圖1-106所示，是由動顎板、定顎板、偏心軸和推力板等組成。可以看出顎板上部對物料的擠壓大于下部，顎板下部以垂直運動為主，物料對顎板下部的作用以高應力的短程鑿削磨損為主，顎板的上部磨損速度大于下部。

需要注意的是：顎板的磨損表現為疲勞磨損和犁溝磨損，主要是在物料破碎過程中顎板受到沖擊、擠壓和研磨造成的。

1.7.1.2　破碎機顎板的機械加工工藝流程

破碎機顎板是進行鑄造成形的，采用的材料多為高錳鋼，也可為中錳鋼、高鉻鑄鐵與高錳鋼復合、中碳低合金鑄鋼等，其制造加工流程一般為：砂型鑄造→機械加工→熱處理→檢驗→裝配等，對于具體的材質制造的順序有所變動。

1.7.1.3　破碎機顎板的熱處理工藝

根據破碎機顎板的工作特點和失效形式，其使用的材質有所不同，因此如何確保顎板的耐磨性和一定的韌性，是對該材料進行合理的熱處理來實現的。采用水韌處理，獲得單一的奧氏體組織，硬度在55～60HRC，沖擊韌性為30～35J/cm2。

（1）高錳鋼的熱處理工藝

該鋼有ZGMn13、ZGMn13RE等，它們是粉碎機顎板的傳統用材，具有鑄造流動好、成分穩定的特點，熱處理后有很好的韌性，也具有良好的變形硬化能力。其具體的熱處理工藝見圖1-107。

ZGMn13Cr2鋼是在ZGMn13鋼中含1.5％～2.0％Cr而形成的新材料，鉻為碳化物的形成元素，可阻止奧氏體晶粒的長大，細化晶粒，促使鑄態晶粒形狀比較規則，整個截面十分均勻，改善了碳化物的形貌，由于晶粒細則晶界面積增加，因此阻止位錯滑移力得到提高，顯微裂紋的擴展緩慢，同時也改變了方向，消耗了大量的能量，提高了屈服強度、斷裂韌性和耐磨性。ZGMn13Cr2鋼破碎機顎板的熱處理工藝見圖1-108。

（2）中錳鋼的熱處理工藝

該類鋼的通常成分為0.7％～1.2％C、6％～9％Mn、0.5％～0.8％Si、1.2％Cr以及其他微量的合金元素（如V、Ti、Nb、RE等），在鑄態下為奧氏體、馬氏體和少量的珠光體組織，經過水韌處理后獲得單一的奧氏體或奧氏體+少量未溶碳化物組織。

（3）中碳低合金鑄鋼的熱處理工藝

該類鋼的成分為0.4％～0.8％C、0.7％～1.1％Mn、0.7％～1.3％Si、1.5％～2.5％Cr、0.4％～0.6％Ni、0.3％～0.6％Mo，經過淬火+低溫回火后，該鋼具有較高的硬度與適當的韌性，可以抵抗物料的切削作用和物料的反復擠壓引起的疲勞剝落。

1.7.1.4　破碎機顎板的熱處理工藝分析與實施要點

①高錳鋼鑄鐵在冷凝固結晶時，外層冷卻的速度比內部快，形成了柱狀結晶和大量的碳化物析出，聚集的碳化物呈塊狀、片狀、針狀和網狀等，質地脆性大。而水韌處理時重新加熱，上述碳化物則不易固溶或溶解不完全，仍將保留在水韌處理的組織中，割裂基體組織的連續性，造成脆性增加，導致在強大的沖擊力和壓力的作用下，呈現脆性斷裂等。故應采用細化原始組織和制定先進工藝，同時嚴格控制鋼中碳、磷的含量，否則難以達到獲得要求的組織和力學性能。

②需要注意的是650～700℃高錳鋼的預熱問題，在此溫度下長時間預熱，會析出碳化物的脆性相，一般根據顎板的厚度和大小、裝爐量等進行綜合確定，通常時間為3～4h。而膨脹系數比碳鋼大50％以上，因此應緩慢加熱，在650℃以下加熱不能過快，一般控制在60℃/h以下，否則使脆性鑄態組織抵抗不了熱應力而開裂。同時，也應注意到，由于碳和錳降低了鋼的熱導率（僅為鋼的1/3），因此如果升溫速度過快，零件內外溫度存在很大的溫差，則有可能造成鑄件的開裂。

③為防止氧化或脫碳的發生，應在保護氣氛爐或鹽浴爐內進行加熱，因此針對高錳鋼水韌處理時出現質量問題，應特別注意三個環節：必須加熱到950℃以上充分奧氏體化；充分保溫，使碳化物充分溶解到奧氏體中；有足夠的冷卻速度，否則因碳化物沿奧氏體晶界析出而產生裂紋，因此應快速冷卻來避免碳化物從奧氏體中析出，以獲得單一的奧氏體組織，因此在熱處理過程中應特別注意上述三個方面。水韌處理的溫度高或時間長，將會引起晶粒的粗大，削弱了材料的抗力，容易造成裂紋的產生，因此水韌處理加熱溫度的原則是，使碳化物充分溶解，而奧氏體晶粒又不至于粗大。

④ZGMn13Cr2鋼在水韌處理前應進行等溫退火處理，其目的是消除鑄態下高的內應力和細化組織，并改善碳化物的形貌，通過860～870℃加熱再結晶而細化組織，630～640℃使奧氏體快速轉變為珠光體組織，為水韌處理在高溫下加熱時有較多的形核核心，細化奧氏體晶粒1.0～1.5級奠定了良好的基礎。

⑤ZGMn13Cr2鋼取消了650～700℃的預熱處理，可避免了碳化物的析出，提高了內部質量。需要注意：為防止表面的脫碳，應在具有保護氣氛的熱處理爐中進行加熱，使其高于ZGMn13鋼的加熱溫度，這樣可確保碳化物的充分溶解，獲得良好的力學性能。

⑥ZGMn13Cr2鋼水韌處理后，為了提高起始的硬度、耐磨性和疲勞強度，可進行噴丸處理。

1.7.1.5　破碎機顎板的熱處理質量檢驗

對于采用高錳鋼制作的破碎機顎板的熱處理質量檢驗，應包括硬度、裂紋、碳化物析出、脫碳等幾個方面的檢查，要嚴格按技術要求進行。對于硬度不合格或碳化物析出等缺陷，要重新進行水韌處理，同時要注意入水的溫度必須符合規定。

這里需要說明的是鑄件脫碳的危害，脫碳層在水中冷卻后轉變為馬氏體組織，但表層很脆、塑性很低，其與內部奧氏體組織間的結合力很差，在沖擊磨料磨損條件下，表面層很快脫落。脫碳層水冷后發生馬氏體的轉變，體積膨脹，而金屬內層仍為奧氏體組織，表層與內層之間出現應力，在隨后的冷卻過程中兩種組織的線收縮率也不相同，從而造成表面開裂。表1-84為脫碳對于鑄件力學性能的影響，由此可見，在熱處理過程中應禁止脫碳現象的發生。

1.7.1.6　破碎機顎板的熱處理缺陷分析與對策

破碎機顎板的熱處理缺陷分析與對策見表1-85。

1.7.2　破碎機板（環）錘熱處理工藝與規范

1.7.2.1　破碎機板（環）錘的工作條件和性能要求

破碎機的板錘在高速旋轉狀態下破碎物料，因此受到物料的沖擊作用，其破碎的對象為硬度較高的鐵礦石、石料等，因此要求板錘具有足夠的硬度和韌性，資料介紹，材質的硬度和沖擊韌性分別達到HRC≥45、ak≥20J/cm2時，才能滿足上述工況條件下對性能的要求。根據板錘的工作特點和要求，采用的材料多為高錳鋼和低合金耐磨鋼。高錳鋼的耐磨性好、韌性較高，低合金耐磨鋼則進行淬火+低溫回火后，獲得了強韌化的回火馬氏體組織，提高了合金硬度，同時又具有良好的韌性，均可滿足其工作需要。圖1-109為錘式破碎機的板錘尺寸。

1.7.2.2　破碎機板（環）錘的機械加工工藝流程

板錘采用鑄造成形，不需要進行任何加工，另外尺寸適宜且壁厚均勻。

1.7.2.3　破碎機板（環）錘的熱處理工藝

板錘的熱處理工藝依據材料的不同而有較大的區別，高錳鋼是一種具有加工硬化作用的鋼種，在沖擊載荷的作用下，表面硬度高，耐磨性增強，而內部仍具有一定的韌性，因此需要進行固溶處理、水韌處理，以形成單一的奧氏體組織，防止碳化物的析出。而低合金耐磨鋼則通過淬火+低溫回火，來獲得強韌性的回火馬氏體組織。

（1）高錳鋼的熱處理工藝

ZGMn13、ZGMn13RE等高錳鋼是制作板錘的常用材料，其熱處理工藝為固溶處理（水韌處理），具體參見破碎機一節。

（2）低合金耐磨鋼板錘的熱處理工藝

采用箱式高溫爐進行加熱，冷卻介質為30℃以下的5％鹽水，獲得板條狀的馬氏體組織，具體的熱處理工藝見圖1-110。熱處理后的硬度在50～56HRC。

1.7.2.4　破碎機板（環）錘的熱處理工藝分析與實施要點

①高錳鋼板錘對材料的要求十分嚴格，需要加入大量的錳合金元素，要求的生產成本高，同時對熱處理的加熱溫度和冷卻介質的溫度要求嚴格，水韌處理不易掌握，導致產品質量不穩定等，因此需要嚴格執行技術要求和把好重點環節，從出爐到入水應在3min內完成，水溫控制在30℃以下，配有循環水裝置，否則可能出現碳化物的析出，直接影響到板錘的熱處理質量。

②采用低合金耐磨鋼制作的板錘，其在鑄態的金相組織為珠光體+鐵素體+少量碳化物，經過熱處理后則獲得了馬氏體+彌散、孤立分布的粒狀和條狀碳化物。其具有適當的硬度（50HRC以上）和足夠的沖擊韌性（ak≥20J/cm2）。

③從Fe-Mn-C三元相圖中13％Mn的垂直截面來看（見圖1-111），由于合金度高，在鑄造條件下共析轉變難以充分進行，鑄態組織為奧氏體+碳化物，固溶處理后的顯微組織為單相的奧氏體，軟而韌。為了細化ZGMn13鋼奧氏體晶粒，可以采用（610～650）℃×（10～12）h，使奧氏體發生分解，然后再加熱到1050～1080℃進行水韌處理，通過相變來完成奧氏體晶粒的細化。

④為了防止高錳鋼因冷卻不均而產生裂紋，板錘的設計應盡量使其壁厚均勻，另外，為了改善高錳鋼的切削加工性，可將其在600～650℃進行退火處理。

1.7.3　掘土機斗齒和鏟齒熱處理工藝與規范

1.7.3.1　斗齒和鏟齒的工作條件和性能要求

在工程建筑中，掘土機是十分重要的工程機械，以具有高的效率而得到了極為廣泛的應用，其掘土或挖土的重要工具是斗齒（見圖1-112）和鏟齒，與土壤、碎石、瓦礫、磚塊、沙土和巖石等接觸產生摩擦作用，受到沖擊載荷的作用，作為主要的易損件，在服役時前端工作部分承受強烈的沖擊和磨損，而其根部要承受方向多變、彎曲載荷的作用，因此其工作條件差。鏟齒在工作中受力呈線接觸或局部小面積接觸，出現局部應力集中，造成鏟齒的斷裂，由此可見斗齒和鏟齒的失效形式主要為磨損（犁溝、鑿削）、剝落、斷齒、變形等。因此要求它們具有高的硬度和耐磨性，同時具有高的強度和一定的韌性。具體技術要求為：①較高的表面硬度和足夠的淬硬深度，以確保較好的耐磨性；②材料有良好的調質性能，對冷卻現象缺乏敏感性，確保有較好的韌性；③根部有較高的強度，適當的延伸。多用于制造承受沖擊磨損的零件，如斗齒、球磨機襯板、履帶板以及鋼軌等。

根據其技術要求和工作特點，多選用高錳鋼材料，進行固溶處理，使碳化物充分溶于奧氏體中，以獲得單一的奧氏體，即水韌處理。其在沖擊載荷作用下，會發生冷作硬化。其本質是通過形變在奧氏體基體中產生大量位錯，形變孿晶ε-M和α-M成為位錯運動的阻礙，在受到沖擊后，其表面的硬度達到500HB以上，而心部仍為單相的奧氏體組織，強韌有力，受到沖擊而不破裂，因此該材料具有抵抗強烈沖擊和嚴重磨損等條件下的工作需要，完全能滿足斗齒和鏟齒的工作需要。常見的材料牌號有ZGMn13、ZGMnRE等，它們均為典型的耐磨鋼，ZGMn13的主要化學成分為C=0.9％～1.4％，Mn=10％～14％。

1.7.3.2　斗齒和鏟齒的機械加工工藝流程

高錳鋼也稱為耐磨鋼，常作為制造斗齒和鏟齒的材料，具有生產工藝簡單、力學性能優良和成本低的特點，其加工工藝流程為鑄造成形→固溶處理（水韌處理）→質量檢驗。

1.7.3.3　斗齒和鏟齒的熱處理工藝

（1）斗齒和鏟齒的熱處理技術要求

ZGMn13和ZGMn13RE高錳鋼熱處理的目的是確保水韌處理后，獲得單一的奧氏體組織，應盡量避免碳化物的出現（一般存在則將嚴重降低鋼的強度和耐磨性）。另外，也采用低合金鋼制作斗齒或鏟齒，為了追求大的可磨損量，延長使用壽命，則采用增大齒尖厚度的方法，采用淬火+低溫回火的熱處理工藝，獲得板條馬氏體（位錯型馬氏體）具有相當高的強度、硬度，又具有較高的塑性和韌性等，其綜合力學性能較高，表層和心部的硬度在44～52HRC。

（2）熱處理工藝

通常斗齒和鏟齒采用的材料為高錳鋼（耐磨鋼），為了得到要求的組織，則通用的熱處理工藝為固溶處理（水韌處理），ZGMn13鋼的固溶溫度為1050～1080℃，ZGMn13RE為1000～1030℃，保溫時間應根據零件的大小、厚度以及裝爐量等來確定，其原則是確保透燒，使碳化物完全充分溶于奧氏體中，保溫結束后快速水冷，形成單一的奧氏體組織，具有軟而韌的特點，不允許有碳化物的析出。加熱設備通常為大型高溫箱式爐或鹽浴爐，由于導熱系數低，為了確保內外溫差的一致、防止開裂，應對其進行600～650℃的預熱，同時也減少了固溶保溫時間，具體熱處理工藝見圖1-113。

固溶后的奧氏體組織硬度為180～220HB、ak>150J/cm2、σ0.2=250～400MPa、σb=800～1000MPa、ε5=35％～55％、ψ=40％～50％、akU=180J/cm2等，如再加入2％～4％的鉻以及適量的鉬、釩等，可形成細小的碳化物，可進一步提高屈服強度、沖擊韌性和抗磨性。高錳鋼具有很大的加工硬化能力，其壓力加工、切削加工十分困難，焊接性差，一般均是鑄造成形，然后經過淬火和磨削加工后使用。

從斗齒或鏟齒結構上看，它是由齒尖和齒腔兩部分組成的，采用低合金鋼生產厚截面的斗齒或鏟齒，其關鍵是確保各截面處內外硬度的一致性，如何避免淬火裂紋的產生，這是熱處理的重點所在，一般齒尖部分厚度是齒腔的2～3倍，因此可采取兩種淬火工藝：一是先對齒腔進行油冷10～15s后，整體入水冷卻（見圖1-114）；二是加熱結束后預冷30s，齒尖先進行淬火，隨后整體油冷的工藝（見圖1-115）。淬火后在240～260℃回火，硬度在46～52HRC。

1.7.3.4　斗齒和鏟齒熱處理工藝分析與實施要點

①由于高錳鋼的導熱系數是碳素鋼的1/6～1/4，在650℃以前升溫速度不均勻，將造成斗齒和鏟齒內部受熱不均勻，內外溫差增大，一般升溫速度應小于50℃/h。則在升溫過程中內部會產生過大而不均勻的熱應力從而產生裂紋。在1000～1080℃范圍內如控制不好，則容易使晶粒粗大以及析出碳化物等。在650℃以前應均勻升溫，在630～720℃緩慢升溫，則可有效保證高錳鋼內外溫度的一致，減少由于升溫速度快而引起的組織熱應力，可有效實現在1000～1080℃溫度范圍內的控制。資料介紹，高錳鋼的碳化物充分溶解的溫度在970～1000℃，因此固溶處理溫度在1050～1150℃，自室溫到900℃的整個加熱過程是析出碳化物的過程，950℃時碳化物全部溶于奧氏體中。

高錳鋼的入爐溫度取決于鑄件的尺寸、重量、結構的復雜程度和鋼中碳含量。固溶處理的溫度選用原則是碳化物能充分溶解，獲得合理的晶粒度，鋼中的化學成分盡可能的均勻，得到最佳的力學性能等，防止過熱，而時間的選擇是碳化物的全部溶解和成分的均勻，一般是按每25mm，保溫1h計算。

②對高錳鋼進行熱處理工藝的制定，應根據零件的具體形狀、性能要求等，在確保基本成分得到控制和獲得良好鑄態組織的前提下，要合理確定熱處理工藝，使碳化物快速有效的溶解于奧氏體中，水韌處理時的快速冷卻，是為了防止碳化物（滲碳體）的析出。

高錳鋼冷卻時的組織轉變分為先共析碳化物的析出和奧氏體的分解兩部分，碳在奧氏體中的溶解度隨溫度的降低而減少，在冷卻過程中有碳的析出，從Fe-Mn-C三元相圖可知，Acm隨含碳量的升高而升高，因此奧氏體的穩定化溫度在950℃以上，碳化物開始析出，在950～960℃范圍內，先從晶界處起始（化學成分偏析晶界處碳含量較高，晶界處的缺陷多，故擴散易于進行），其次在枝晶間碳含量較高的區域。當錳含量在12％時，析出的碳化物含量中錳占15％。在碳化物的析出過程中，碳化物周圍奧氏體中發生貧碳和貧錳的現象，主要是貧碳，使奧氏體的性能下降。當溫度降到共析轉變點發生共析轉變時，分以下兩種情況：當錳含量在13％時，共析溫度降到600～630℃；當錳含量在20％時，則共析溫度在450℃。因此，對于一般高錳鋼而言，共析轉變溫度在850～870℃。鑄態下的組織為奧氏體+碳化物+共析型組織（珠光體），是在較快的冷卻速度下形成的，出現晶界連續網狀（有塊狀）碳化物、晶界以及內部針狀碳化物等。

奧氏體的分解包括共析轉變，首先是在晶界和晶內的碳化物周圍進行的（奧氏體中碳與錳含量降低則易于分解），其次在該處提供了珠光體組織的形核晶面，奧氏體的分解產物與溫度的轉變有關。因此采用快速的冷卻可有效避免碳化物的析出。

高錳鋼的加熱結束后要求快速冷卻，資料介紹，通過試驗表明，在1050℃保溫90min后，直接出爐水冷、爐冷2min水冷和空冷2min后水冷，其抗彎和接觸疲勞強度分別為914.96MPa、884.56MPa、877.7MPa，63MPa、50MPa、53MPa，由此可見加熱完畢應盡快在水中冷卻，則對于高錳鋼的性能影響不大。

③高錳鋼的水韌處理時的水溫要求是十分嚴格的，要減小冷卻過程中各部位的溫差，考慮到不允許有碳化物的析出，為獲得單一的奧氏體組織，故必須快速冷卻，因此要求冷卻前后的水溫均應不超過30℃，同時要配備循環水泵，不斷添加涼水，為了控制水溫，要求水的體積或容積為鑄件的8倍以上。另外，從出爐到入水的時間應在3min內完成，斗齒和鏟齒表面溫度應不低于950℃，否則造成碳化物的析出。

④如采用箱式電阻爐進行加熱，為了確保內部溫度的均勻性，應在爐門處加上擋板，應要求零件離開爐門一定的距離（一般為與爐絲平齊）。

⑤關于晶粒粗大的問題，并非熱處理原因，而是在澆注過程中澆注速度控制不當造成的，因此應采用低溫快速澆注的工藝。

⑥采用低合金鋼鑄件制作的斗齒和鏟齒進行熱處理時，考慮到齒尖和齒腔的厚度的差異，采用了特定的熱處理工藝，該工藝的操作比較復雜，要求操作者熟練掌握，其目的是確保整體硬度合格、無淬火裂紋的出現，至于兩者的淬火溫度的差異是由工藝的特殊性決定的。

⑦低合金鋼鑄件制作的厚截面的斗齒和鏟齒，經過熱處理后獲得了良好的硬度和韌性，對比高錳鋼的水韌處理工藝來看，具有熱處理質量穩定、溫度低、成本低廉等特點，因此也得到了較為廣泛的應用。

⑧高錳鋼在300℃以下加熱不會有碳化物沿奧氏體晶界的析出，如果重新在600～700℃加熱，則造成韌性的急劇下降，因此零件的設計應注意以下兩點：為防止冷卻不均而可能產生裂紋，壁的厚薄應均勻；改善切削加工的條件，可在600～650℃進行退火處理。

1.7.3.5　斗齒和鏟齒的熱處理的質量檢驗

參見破碎機部分。

需要注意的是，對于低合金鋼斗齒和鏟齒，要檢驗硬度和進行探傷，以滿足其服役條件和無缺陷的產生。

1.7.3.6　斗齒和鏟齒的熱處理常見缺陷分析與預防措施

參見破碎機部分。

需要注意的是，低合金鋼斗齒和鏟齒熱處理缺陷為硬度不合格和齒腔裂紋，其原因均為冷卻時操作不當造成的，預防措施為嚴格執行工藝要求，操作應規范，淬火后應立即進行回火處理。

1.7.4　建筑機械主動圓錐齒輪熱處理工藝與規范

1.7.4.1　振動壓路機驅動橋弧齒錐齒輪的工作條件和性能要求

建筑機械多數為重型設備，其關鍵的傳動部件為驅動橋弧齒錐齒輪（見圖1-116），在工作過程中承受較大的載荷，齒輪的齒部和根部受到周期性的擠壓和摩擦作用，工況條件惡劣，其結構的優劣、制造的精度、工作的可靠性以及使用壽命將對整機有重要的影響。其常見的失效形式為齒部磨損、剝落和斷裂等，因此要求其心部具有足夠的強度和良好的韌性，表面具有高的硬度和硬化層深度，以抵抗載荷的作用。

1.7.4.2　弧齒錐齒輪的機械加工工藝流程

它分為主動輪和從動輪，其制造工藝流程為：下料→鍛造→一次正火→粗車加工→二次正火→精車加工→銑齒→碳氮共滲淬火→清洗→回火→磨內孔→配對研磨→檢驗→包裝入庫。

1.7.4.3　弧齒錐齒輪的熱處理工藝

（1）技術要求

材料為20CrMnTi，共滲層深0.95～1.1mm，齒表面硬度58～62HRC，心部硬度35～42HRC。

（2）熱處理工藝

根據齒輪的技術要求，結合具體的熱處理工藝強化手段，采用碳氮共滲+淬火+低溫回火處理的工藝是可以滿足設計要求的。

①碳氮共滲　在RQ-75-9氣體滲碳爐對齒輪進行碳氮共滲，圖1-117中的0號滲劑為酒精和含氮基有機物，1號滲劑主要由煤油組成。淬火采用20號機械油為冷卻介質。

②淬火+低溫回火　考慮到20CrMnTi鋼碳氮共滲的溫度與其淬火加熱溫度是一致的，另外，由于合金元素鈦的加入，使該鋼加熱到奧氏體溫度仍能保持細小的晶粒，因此可以在共滲結束后直接淬火即可，即850～870℃溫度下淬入油中冷卻，得到馬氏體和殘余奧氏體組織。隨后在180～200℃的硝鹽浴中進行2～3h的低溫回火處理，即可獲得要求的各項技術要求。

1.7.4.4　弧齒錐齒輪的熱處理工藝分析與實施要點

齒輪經過碳氮共滲和淬火處理，其目的是表層獲得高的硬度和耐磨性，而心部仍具有良好的強度和韌性等，可確保在服役過程中，表面無非正常失效現象的發生。因此如何在化學熱處理和淬火過程中，編制和正確執行則是產品質量得到保證的原因所在。

①共滲層的組織為密集帶狀的碳氮化合物，次表層為針狀馬氏體和少量殘余奧氏體，沒有非馬氏體的不良組織，因此確保了表層碳氮化合物區硬度很高，次層的少量殘余奧氏體不會引起硬度的明顯下降，整個硬化層的硬度值以及分布較為均勻，有效硬化層的深度符合要求等，圖1-118表示主動輪和從動輪共滲后金相組織和顯微硬度的理想要求。

②碳氮共滲后如出現共滲層為密集堆積狀的碳氮化合物，次表層為隱針馬氏體組織，再次層為點狀以及爪狀二次碳化物，加隱針狀馬氏體+非馬氏體組織，而整個共滲層看不到針狀馬氏體和殘余奧氏體，則表面該齒輪基體中碳氮元素的飽和度不高，其金相組織和硬度分布見圖1-119，這是不正確的。這將會造成次表層硬度低，化合物層的剝落，最后造成基體金屬的快速磨損。該類缺陷的原因在于共滲處理的溫度低，引起表層碳氮化合物的堆積和基體碳氮飽和度的降低；重新加熱時淬火溫度偏低，心部出現大量的未溶鐵素體，引起心部硬度的顯著降低；淬火時共滲層出現表面脫碳，引起次表層基體強度的降低等。因此應嚴格執行熱處理工藝規定，避免不合格產品的產生，使產品處于有效的過程控制狀態中。

③主動輪的失效為被動失效，表現為表面壓陷剝落和磨損，而從動輪則為主動失效，表現為滲層有嚴重的磨損和硬化層的大塊剝落和斷裂，而共滲層組織狀態不良和硬度低，齒表面存在較多的低強度殘留奧氏體和淬火馬氏體組織是引起齒輪失效的主要原因。

淬火冷卻到室溫和進行充分的回火，能有效地避免齒輪斷齒現象，其原因在于減少了殘余奧氏體的數量，提高了基體的整體硬度。

④20CrMnTi鋼制作的齒輪具有良好的淬透性，因此其心部的硬度經過淬火+低溫回火，完全能夠達到工藝要求，該硬度下的齒輪的基體強度、韌性和塑性等均能符合其服役的條件，但需要注意的是，如果淬火溫度低或保溫時間短，或淬火冷卻速度低，則有可能造成基體未加熱透或淬火硬度低，無法確保表面和基體硬度等符合要求，因此應嚴格制定和正確實施工藝參數，采用最優和最佳的工藝手段和方法，從影響產品質量的六大因素入手，抓好碳氮共滲和熱處理淬火。

1.7.4.5　弧齒錐齒輪熱處理質量檢驗

作為工程機械的弧齒錐齒輪，選用滲碳鋼材料進行碳氮共滲，以確保淬火后表面具有高的硬度，而心部具有足夠的強度和韌性等，來滿足齒輪的服役條件。因此其進行的質量檢驗包括兩部分：共滲層深度、組織和濃度，熱處理后的表面硬度和心部硬度。其中前者采用金相法檢測，表面硬度和心部硬度則使用表面洛氏和洛氏硬度計進行檢查。

1.7.5　履帶板的熱處理工藝與規范

1.7.5.1　履帶板的工作條件與性能要求

推土機與拖拉機等工程機械設備的履帶板在運動過程中承受著整機的重量，在露天與不平整的地面上進行作業，直接與土壤、砂石等接觸，在工作過程中主要承受拉伸、擠壓、彎曲和一定的沖擊載荷，其表面與地面或泥沙碎石接觸從而產生磨損，并有一定的腐蝕，故其主要的失效形式為表面磨料磨損、壓彎和斷裂等，根據其失效形式可知，履帶板的選材在保證一定韌性不致斷裂的基礎上，盡可能提高硬度和耐磨性，具有較高的硬度和屈服強度對抗顯微切削、碾壓變形等十分有利。履帶板的主要磨損部位是節銷（齒口）、跑道、銷孔和齒爪（見圖1-120），其中前三個部位是造成履帶板失效報廢的主要部位。

1.7.5.2　履帶板的機械加工工藝流程

我國履帶板的材料主要有：高錳鋼、低合金鑄鋼、中錳鑄鋼、球墨鑄鐵以及改良型高錳鋼等鑄造材料和軋鋼（如40SiMn2）等。

履帶板的機械加工工藝流程為：型鋼剪切→沖豁口→鉆孔→倒角→調質處理→除銹→噴漆→入庫→包裝履帶總成。

1.7.5.3　履帶板的熱處理工藝

履帶板的常用材料及技術要求具體如表1-86所示，供參考。

（1）高錳鋼履帶板的熱處理工藝

高錳鋼的傳統熱處理為固溶處理，鑄態組織中不允許有明顯的柱狀結晶，否則應進行退火處理，如圖1-121所示。消除部分柱狀晶后再進行水韌處理，具體如圖1-122所示，高錳鋼的鑄態組織由奧氏體、碳化物及少量珠光體所組成，在將其加熱到奧氏體溫度區（1050～1100℃），使鑄態組織中的碳化物基本上都固溶到奧氏體中，然后在水中冷卻，以獲得單一的高韌性的奧氏體組織。

需要注意的是，改良型高錳鋼鑄件先進行球化等溫退火預處理，然后水韌處理，見圖1-122。

（2）低合金鑄鋼的熱處理工藝

31Mn2Si鋼履帶板在連續爐中加熱，（880±20）℃或（1050±30）℃水淬，200℃回火處理。38CrMnSi2RE低合金-貝氏體鋼的熱處理工藝規范為：鑄件直接等溫淬火，即（880～900）℃×0.5h奧氏體后在55％KNO3+45％NaNO3的混合硝鹽浴中310℃保溫60min，淬火后取出空冷至室溫。

（3）中錳鑄鋼的熱處理工藝

中錳鑄鋼的ZGMn8CrMo、ZGMn7的熱處理工藝為1050～1100℃的水韌處理。

（4）球墨鑄鐵的熱處理工藝

球墨鑄鐵的熱處理工藝為輕微900℃奧氏體化，280℃等溫處理。

（5）軋制板材的熱處理工藝

拖拉機履帶板橫截面及各部位硬度要求見圖1-123，40SiMn2鋼熱處理為淬火+回火處理。熱處理工藝如圖1-124所示，35MnTiB鋼的熱處理工藝為：860℃×60min，冷卻介質為20～45℃的水。回火工藝為400℃×120min。

1.7.5.4　履帶板的熱處理工藝分析與實施要點

①對于高錳鋼的韌化處理，需要注意冷卻的水溫高于40℃時，會造成履帶板表面出現軟點或軟帶等，硬度不均勻影響其耐磨性。故冷卻水槽內有冷卻與攪拌裝置，以確保槽內水溫符合工藝要求。

②40SiMn2鋼履帶板具有高的淬透性，淬火后硬度高，受淬火冷卻介質溫度變化較小，但對回火脆性很敏感，在200～300℃回火時，沖擊韌度為22J/cm2，回火溫度為380～510℃，沖擊韌度為90～110J/cm2，回火結束后快冷。

③為了提高履帶齒部耐磨性，對于40SiMn2可在調質處理后對履帶齒部中頻感應淬火后回火，使履帶板齒部和板部獲得不同的硬度和韌性，而且感應淬火、回火加熱均勻，有效提高了生產效率。