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大型GCr15轧辊热处理工艺的探讨

一、问题的提出

在机械制造行业中，轧辊的应用是很广泛的，作为一种模具，轧辊必须具有高的硬度、耐磨性，高的强度、疲劳强度，并具有足够的韧性和良好的工艺性。对于大型轧辊有效厚度来说，要达到以上性能指标是很困难的，热处理很关键。因此，我们有必要对大型轧棍的热处理上艺进行探讨，通过改进工艺来满足其使用性能。

二、各项工艺参数的制定

图1所示的轧辊******有效厚度达67.5mm。对于这样的零件，如采用一般的加热保温，然后淬油是达不到性能要求的，硬度仅为HRC45~50，这么低的硬度使零件的使用寿命大大降低，甚至根本无法使用。为了使零件获得良好的组织隐针马氏体细小均匀的碳化物和使用性能，必须改进常规的热处理工艺。

1、淬火温度和保温时间的制定

淬火温度应该根据刚的AC1点来确定，GCr15钢的AC1为735~760℃，依照碳钢确定淬火温度的原则，其淬火温度应取AC1+（30~50℃），即800℃左右。但在实际应用中发现，800℃溶入奥氏体中的碳含量仅为钢中含碳量的37%，而溶入奥氏体中的铬也只有钢中含铬量的35%。奥氏体中的合金元素偏低，将导致零件的强度、硬度和疲劳寿命降低。但，若淬火温度过高（＞855℃），又会得到粗大的马氏体组织从而使强度、硬度和疲劳寿命降低。实践证明，GCr15钢适宜的淬火温度为820~855℃。

一般来讲，对于较大的零件，淬火温度应取上限，以使其淬透能力提高有利于保证表面的硬度和足够的淬透深度。但是，为使零件表面达到足够的硬度，需用快冷速的淬火介质—盐水，

同时考虑到变形开裂，我们选用淬火温度的下限，820~830℃，取淬火温度下限，还可以使奥氏体晶粒细小，适当延长淬火保温时间，使合金元素充分溶入奥氏体中，得到细小的马氏体、弥散分布的碳化物。

为使合金元素充分溶入奥氏体中，可在500℃时预热1.5小时，825℃时保温2.5h。装炉时应采用木炭保护，最好将零件装入带保护剂的箱中，或者直接放入通有保护气氛的炉内加热，将氧化脱碳的程度降至最低。

2、冷却介质的选择

我们知道，淬火介质的冷却能力必须保证工件以******临界淬火速度的冷速冷却才能实现淬火，冷速越快，越能获得较大的淬硬深度，但过高的冷速又将增加工件截面的温差，使热应力和组织应力增大，从而引起变形和开裂。对于GCr15钢来说，由于它的淬透性不算太好，用盐水淬易引起开裂，用油淬又不硬，也未能找到更适合的淬火介质。因此，我们选用了盐水-油双液淬火的方法。但对GCr15钢来说，用这一方法稍一疏忽即可引起工件开裂，导致报废。为此必须严格执行工艺。

步骤如下：

（1）零件出炉时，先用刷子刷去表面的氧化皮，然后淬入10%NaCl水溶液中，并将零件按水平方向晃动。

（2）冷却至400℃左右时，迅速转入油中（油应充分搅拌），使之缓慢冷却，以减少淬火应力。

（3）零件在油中冷却至150℃左右时，迅速在170℃回火3.5h。

工件温度一般用水冷时间来控制，对于这种零件来说，一般在水中8~10s即可转入油中，理论上一般每5mm有效厚度停留1s，有经验的工人可凭感觉，听声音判断水冷时间。一般来说，以出水时零件的便面颜色不发白为******。

零件在油中冷却到150℃左右时应立即回火，注意一定不能在油中停留时间过长，以免引起开裂。

三、总结

大型GCr15钢轧辊的热处理是一个比较复杂的过程，现行的方法不易掌握，废品率较高，还没有更好的方法能使之达到足够的硬度。为此今后还需在日常的生产实践中不断探索，制定出更完善的工艺，以满足发展需求。

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